JP2002352611A - Lighting system and display device equipped with it - Google Patents

Lighting system and display device equipped with it

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JP2002352611A
JP2002352611A JP2001155808A JP2001155808A JP2002352611A JP 2002352611 A JP2002352611 A JP 2002352611A JP 2001155808 A JP2001155808 A JP 2001155808A JP 2001155808 A JP2001155808 A JP 2001155808A JP 2002352611 A JP2002352611 A JP 2002352611A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lighting system radiating illumination light having high directivity and uniform intensity distribution. SOLUTION: This lighting system is equipped with a light source device 11 and a light direction conversion device 12 directing the traveling direction of light beams emitted from the light source device 11 in the specified direction. The light source 11 contains a plurality of light sources 11a, 11b, 11c, and the light direction conversion device 12 contains a plurality of unit conversion elements 12a, 12b, 12c. Each unit conversion element is installed so as to correspond to each light source, and the light source is arranged on each optical axis OX of the corresponding unit conversion element. Each unit conversion element has a first conversion region M directing light beams incident from the corresponding light source among a plurality of light sources and light beams incident from at least one light source other than the corresponding light source to the specified direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、照明装置および照
明装置を表示装置に関し、特に、液晶表示装置に好適に
用いられる照明装置およびそれを備えた液晶表示装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illuminating device and an illuminating device, and more particularly to an illuminating device suitably used for a liquid crystal display device and a liquid crystal display device having the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶表示装置は、CRT、PDPあるい
はELといった画像表示装置とは異なり、自らは発光し
ない液晶表示素子を用いているため、表示を行うための
光を液晶表示素子に照射する照明装置を有している。例
えば、透過型の液晶表示装置は、液晶表示素子の後方
(観察者とは反対側)にバックライトと呼ばれる面状の
照明装置を有し、バックライトから液晶表示素子に照射
された光の透過光量を画素ごとに制御することによって
画像を表示する。
2. Description of the Related Art A liquid crystal display device uses a liquid crystal display element which does not emit light by itself, unlike an image display device such as a CRT, PDP or EL, so that illumination for irradiating the liquid crystal display element with light for displaying is performed. It has a device. For example, a transmissive liquid crystal display device has a planar illumination device called a backlight behind the liquid crystal display element (on the side opposite to the viewer), and transmits light emitted from the backlight to the liquid crystal display element. An image is displayed by controlling the amount of light for each pixel.

【0003】一般的な液晶表示素子であるツイステッド
ネマティック(TN)型やスーパーツイステッドネマテ
ィック(STN)型の液晶表示素子は、液晶分子を一対
の基板間でツイスト配向させた液晶層と、これを挟んで
液晶層の後方と前方に配置された一対の偏光板とを有す
る。バックライトから液晶表示素子に照射された光のう
ち、後方の偏光板を透過した偏光が液晶層に入射し、そ
の偏光方向を液晶層によって変化させることによって、
前方の偏光板を透過する光量が制御される。
A liquid crystal display element of a twisted nematic (TN) type or a super twisted nematic (STN) type, which is a general liquid crystal display element, has a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are twist-aligned between a pair of substrates, and a liquid crystal layer sandwiched between the liquid crystal layers. And a pair of polarizing plates disposed behind and in front of the liquid crystal layer. Of the light emitted from the backlight to the liquid crystal display element, the polarized light transmitted through the rear polarizer enters the liquid crystal layer, and the polarization direction is changed by the liquid crystal layer.
The amount of light transmitted through the front polarizer is controlled.

【0004】ところが、液晶表示装置で表示された画像
は、画像を見る角度、すなわち視角によって品位が変化
する。例えば、コントラスト比、中間調の輝度や色調が
変化し、正常な画像が得られなくなってしまうなどの問
題を有している。これは、中間調を表示する際はツイス
ト配向させた液晶層の液晶分子が傾いた状態であるた
め、液晶分子が傾いている方向から入射する光の偏光方
向は液晶分子の長軸に対してほぼ垂直であり、この光は
複屈折の影響を受けないのに対し、それ以外の方向から
入射する光の偏光方向は液晶分子の長軸に平行な成分を
有するので複屈折の影響を受ける。その結果、視角によ
って表示の光量が変化する。
However, the quality of an image displayed on a liquid crystal display device changes depending on the angle at which the image is viewed, that is, the viewing angle. For example, there is a problem that a normal image cannot be obtained due to a change in contrast ratio, luminance and color tone of a halftone. This is because the liquid crystal molecules in the twisted liquid crystal layer are in a tilted state when displaying a halftone, so that the polarization direction of the light incident from the direction in which the liquid crystal molecules are tilted is relative to the long axis of the liquid crystal molecules. The light is almost perpendicular, and this light is not affected by birefringence. On the other hand, the polarization direction of light incident from other directions has a component parallel to the long axis of the liquid crystal molecules, and thus is affected by birefringence. As a result, the display light amount changes depending on the viewing angle.

【0005】液晶表示装置の視角特性を改善するために
(すなわち、視角依存性を低減するために)、照明光の
指向性を高めるとともに液晶表示素子の観察者側に光拡
散素子を設け、液晶表示素子に入射する照明光の角度範
囲を狭くすることによって得られる一定のコントラスト
比、中間調輝度および色調を有する表示画像を、光拡散
素子によって広い視角範囲から観察されるようにする方
法が提案されている。
In order to improve the viewing angle characteristics of the liquid crystal display device (ie, to reduce the viewing angle dependency), the directivity of illumination light is increased, and a light diffusing element is provided on the viewer side of the liquid crystal display element. A method is proposed in which a display image having a constant contrast ratio, a halftone luminance, and a color tone obtained by narrowing an angle range of illumination light incident on a display element can be observed from a wide viewing angle range by a light diffusion element. Have been.

【0006】例えば、特開平2−118518号公報に
は、図19に模式的に示す構成を有する液晶表示装置3
00を開示している。液晶表示装置300は、照明装置
310と、液晶表示素子320と、光拡散素子330と
を有している。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-118518 discloses a liquid crystal display device 3 having a structure schematically shown in FIG.
00 is disclosed. The liquid crystal display device 300 includes a lighting device 310, a liquid crystal display element 320, and a light diffusion element 330.

【0007】バックライト310は、光源311と、球
面鏡312と、フレネルレンズ313とを有し、液晶表
示素子320を照明する。光源311を挟んでフレネル
レンズ313と対向して配置された球面鏡312は、光
源311からの光線をフレネルレンズ313に向かって
反射することで光の利用効率を向上する。
[0007] The backlight 310 has a light source 311, a spherical mirror 312, and a Fresnel lens 313, and illuminates the liquid crystal display element 320. The spherical mirror 312 disposed so as to face the Fresnel lens 313 with the light source 311 interposed therebetween reflects light rays from the light source 311 toward the Fresnel lens 313, thereby improving light use efficiency.

【0008】ここで、フレネルレンズとは、屈折面が連
続した球面でなく、階段状に傾斜した屈折面(「プリズ
ム面」とも言う。)が形成された平面レンズであり、す
なわち、図20に模式的に示したように、レンズの曲率
だけをプリズム形状に変換したプリズムが平面上に配列
されたプリズムアレイである。従って、円形のレンズを
フレネルレンズに置き換える場合は、同心円状にプリズ
ムが配列され、シリンドリカルレンズをフレネルレンズ
に置き換える場合は直線状にプリズムが配列される。フ
レネルレンズに形成されるプリズムは、一般に、光軸に
対して略平行な平行面と傾斜した傾斜面を備え、傾斜面
で光を屈折することでレンズの性質を発現する。フレネ
ルレンズは、平面レンズであること、および、一般にア
クリル樹脂やポリカーボネート樹脂などの透明樹脂で形
成されているため、レンズの肉厚を薄くできるととも
に、軽くできるという利点がある。
[0008] Here, the Fresnel lens is not a spherical surface having a continuous refraction surface, but a plane lens on which a refraction surface (also referred to as a "prism surface") inclined stepwise is formed. As schematically shown, the prism array is a prism array in which prisms obtained by converting only the curvature of a lens into a prism shape are arranged on a plane. Therefore, when replacing a circular lens with a Fresnel lens, prisms are arranged concentrically, and when replacing a cylindrical lens with a Fresnel lens, prisms are arranged linearly. A prism formed on a Fresnel lens generally has a parallel surface substantially parallel to an optical axis and an inclined surface, and refracts light on the inclined surface to exhibit the properties of the lens. Since the Fresnel lens is a flat lens and is generally formed of a transparent resin such as an acrylic resin or a polycarbonate resin, the Fresnel lens has an advantage that the thickness of the lens can be reduced and the weight can be reduced.

【0009】上述のように構成されたバックライト31
0において、光源311をフレネルレンズ313の焦点
近傍に配置することによって、光源311からの光線が
フレネルレンズ313に形成されたプリズムによって屈
折されて正面方向に進行し、高指向性の照明光が得られ
る。
The backlight 31 configured as described above
At 0, by arranging the light source 311 in the vicinity of the focal point of the Fresnel lens 313, the light beam from the light source 311 is refracted by the prism formed on the Fresnel lens 313 and travels in the front direction to obtain highly directional illumination light. Can be

【0010】液晶表示素子320は照明装置310から
の高指向性の照明光を受け、画素ごとに光の透過率を制
御して画像を表示する。光拡散素子330が液晶表示素
子320を通過した画像の表示光を拡散することによっ
て、広い視角範囲から表示品位の変化が少ない画像が観
察される。
The liquid crystal display element 320 receives the highly directional illumination light from the illumination device 310 and controls the light transmittance for each pixel to display an image. The light diffusion element 330 diffuses display light of an image that has passed through the liquid crystal display element 320, so that an image with little change in display quality is observed from a wide viewing angle range.

【0011】また、特表平11−504124号公報に
は、図21に示すように、光源411と全内面反射(T
IR)レンズで412で構成された、高指向性の照明光
を照射する照明装置400が開示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-504124 discloses a light source 411 and total internal reflection (T
An illumination device 400 configured to irradiate highly directional illumination light constituted by an IR (IR) lens 412 is disclosed.

【0012】TIRレンズ412は、図21に示したよ
うに、全体的には焦点を囲むドーム状の形状を有し、焦
点に対向する側の面には多数のプリズムが配列されてい
る。その形状はいずれも光軸に対して略平行な平行面と
傾斜した傾斜面とで構成されるが、傾斜面が有する作用
によって2種類のプリズムに大別される。
As shown in FIG. 21, the TIR lens 412 generally has a dome shape surrounding the focal point, and a large number of prisms are arranged on the surface facing the focal point. Each of the shapes is composed of a parallel surface substantially parallel to the optical axis and an inclined surface, but is roughly classified into two types of prisms by the action of the inclined surface.

【0013】すなわち、光軸近傍(領域R1)に形成さ
れたプリズムは、フレネルレンズに形成されたプリズム
と同様に、傾斜面で光を屈折することによって光の進行
方向を制御する屈折型プリズムであるのに対して、光軸
から遠い領域(領域R2)に形成されたプリズムは内部
に入射した光を傾斜面で反射することによって進行方向
を制御する反射型プリズムである。
That is, the prism formed in the vicinity of the optical axis (region R1) is a refraction prism that controls the traveling direction of light by refracting light on an inclined surface, similarly to the prism formed on the Fresnel lens. On the other hand, the prism formed in a region (region R2) far from the optical axis is a reflective prism that controls the traveling direction by reflecting the light that has entered inside on an inclined surface.

【0014】光源411を上述の様な構成を有するTI
Rレンズ412の焦点近傍に配置することによって、光
源411からの光線は、屈折型プリズム(領域R1)お
よび反射型プリズム(領域R2)によって進行方向が制
御され、正面方向(光軸に平行な方向)に高指向性の照
明光が照射される。
The light source 411 is a TI having the above-described configuration.
By arranging near the focal point of the R lens 412, the traveling direction of the light beam from the light source 411 is controlled by the refraction prism (region R1) and the reflection prism (region R2), and the front direction (the direction parallel to the optical axis) ) Is irradiated with highly directional illumination light.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】本発明者が検討した結
果、上述した従来の照明装置は、指向性が高い照明光が
得られるものの、照明範囲を広げるためには、下記の問
題を解決する必要があることが分かった。
As a result of investigations made by the present inventors, the above-mentioned conventional illuminating device can provide illuminating light with high directivity, but solves the following problems in order to widen the illuminating range. I found it necessary.

【0016】まず、図19に示したフレネルレンズ31
3を利用した照明装置310では、より広い面を照明し
たり照明光の輝度を向上させるためには、図22に示す
ように、複数の光源311’を等間隔で配置し、それぞ
れの光源に1個の単位フレネルレンズ313’aが形成
されたフレネルレンズ313’を組み合わせる必要があ
る。すなわち、それぞれの光源311’からの光線の進
行方向を対応する単位フレネルレンズ313’aによっ
て制御し、高指向性の照明光を照射する。
First, the Fresnel lens 31 shown in FIG.
In order to illuminate a wider surface and improve the brightness of the illumination light, a plurality of light sources 311 ′ are arranged at regular intervals as shown in FIG. It is necessary to combine the Fresnel lenses 313 'in which one unit Fresnel lens 313'a is formed. That is, the traveling direction of the light beam from each light source 311 'is controlled by the corresponding unit Fresnel lens 313'a, and high-directional illumination light is emitted.

【0017】従って、光源311’の輝度、色調などが
それぞれ異なっていると、照明光の輝度、色調は単位フ
レネルレンズ313aごとに異なるため、単位フレネル
レンズ313’aの境界がくっきりと目視されてしま
う。しかしながら、これを避け得るほどにそれぞれの光
源311’の発光特性を一定に制御するように、光源3
11’を製造または選別することは非常に困難である。
Therefore, if the brightness and color tone of the light source 311 'are different from each other, the brightness and color tone of the illumination light are different for each unit Fresnel lens 313a, so that the boundary of the unit Fresnel lens 313'a is clearly seen. I will. However, the light sources 311 'are controlled such that the light emission characteristics of the respective light sources 311' are controlled to be constant such that this can be avoided.
It is very difficult to manufacture or sort 11 '.

【0018】同様に、特表平11−504124号公報
に開示されている照明装置においても、図23に示すよ
うに、複数の光源411’とそれぞれの光源411’に
1個の単位TIRレンズ412’aが形成されたTIR
レンズ412’によって照明装置を構成すると、光源4
11’の輝度、色調などの違いが単位TIRレンズ41
2’aごとの照明光に反映され、単位TIRレンズ41
2’aの境界が観察されてしまう。
Similarly, in the lighting device disclosed in Japanese Patent Publication No. 11-504124, as shown in FIG. 23, a plurality of light sources 411 'and one unit TIR lens 412 are provided for each light source 411'. TIR with 'a formed
When the lighting device is configured by the lens 412 ′, the light source 4
The difference in brightness, color tone, etc. of the unit 11 ′ is a unit TIR lens 41
Reflected in the illumination light for each 2'a, the unit TIR lens 41
The boundary of 2'a is observed.

【0019】本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたも
のであって、その主な目的は、指向性が高く且つ強度分
布が比較的均一な照明装置およびそれを用いた表示装置
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and a main object thereof is to provide a lighting device having high directivity and a relatively uniform intensity distribution, and a display device using the same. The purpose is to:

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明による照明装置
は、複数の光源と、前記複数の光源から出射された光線
の進行方向を所定の方向に向ける光線方向変換素子と、
を備える照明装置であって、前記光線方向変換素子は、
それぞれが、前記複数の光源のそれぞれに対応して設け
られた複数の単位変換素子を有し、前記複数の光源のそ
れぞれは、前記複数の単位変換素子の内の対応する単位
変換素子の光軸上に配置されており、前記複数の単位変
換素子のそれぞれは、前記複数の光源の内の対応する光
源から入射した光線と、前記対応する光源以外の少なく
とも1つの光源から入射した光線とを、前記所定の方向
に向ける第1変換領域を有し、そのことによって上記目
的が達成される。
According to the present invention, there is provided an illuminating apparatus comprising: a plurality of light sources; a light beam direction changing element for directing a traveling direction of light beams emitted from the plurality of light sources to a predetermined direction;
A lighting device comprising:
Each has a plurality of unit conversion elements provided corresponding to each of the plurality of light sources, and each of the plurality of light sources has an optical axis of a corresponding unit conversion element among the plurality of unit conversion elements. Arranged above, each of the plurality of unit conversion elements, a light ray incident from a corresponding light source among the plurality of light sources, and a light ray incident from at least one light source other than the corresponding light source, It has a first conversion region oriented in the predetermined direction, whereby the above object is achieved.

【0021】前記第1変換領域は、前記対応する光源か
らの光線と、前記対応する光源に隣接する少なくとも1
つの光源から入射した光線とを、前記所定の方向に向け
る構成としてもよい。
[0021] The first conversion area includes a light beam from the corresponding light source and at least one light beam adjacent to the corresponding light source.
A configuration may be such that light rays incident from the two light sources are directed in the predetermined direction.

【0022】前記複数の単位変換素子のそれぞれは、前
記第1変換領域のみから構成されている構成としてもよ
い。
[0022] Each of the plurality of unit conversion elements may be constituted by only the first conversion region.

【0023】前記複数の単位変換素子のそれぞれは、前
記対応する光源から入射した光線だけを前記所定の方向
に向ける第2変換領域をさらに有する構成としてもよ
い。
[0023] Each of the plurality of unit conversion elements may further include a second conversion area for directing only light rays incident from the corresponding light source in the predetermined direction.

【0024】前記第2変換領域は、前記第1変換領域よ
りも前記単位変換素子の光軸に近い位置に設けられてい
ることが好ましい。
It is preferable that the second conversion area is provided at a position closer to the optical axis of the unit conversion element than the first conversion area.

【0025】前記光線方向変換素子はフレネルレンズで
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは単位フレ
ネルレンズである構成としてもよい。
[0025] The light beam direction conversion element may be a Fresnel lens, and each of the plurality of unit conversion elements may be a unit Fresnel lens.

【0026】前記光線方向変換素子はホログラフィック
素子であり、前記複数の単位変換素子のそれぞれは単位
ホログラフィック素子であってもよい。
[0026] The light beam direction conversion element may be a holographic element, and each of the plurality of unit conversion elements may be a unit holographic element.

【0027】前記光線方向変換素子は回折素子であり、
前記複数の単位変換素子のそれぞれは単位回折素子であ
ってもよい。
The light beam direction changing element is a diffraction element,
Each of the plurality of unit conversion elements may be a unit diffraction element.

【0028】前記光線方向変換素子はフレネルレンズで
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複数の
プリズム面を有する単位フレネルレンズであり、前記複
数のプリズム面は、前記第1変換領域に、前記単位フレ
ネルレンズの光軸に対して傾斜した第1および第2プリ
ズム面を有し、前記少なくとも1つの隣接する光源から
前記第1変換領域に入射した光線の少なくとも一部は、
前記第1プリズム面において屈折されることによって前
記所定の方向に向けられ、前記対応する光源から前記第
1変換領域に入射した光線の少なくとも一部は、前記第
2プリズム面において屈折されることによって前記所定
の方向に向けられる構成としてもよい。
The light beam direction conversion element is a Fresnel lens, each of the plurality of unit conversion elements is a unit Fresnel lens having a plurality of prism surfaces, and the plurality of prism surfaces are connected to the first conversion region. Having a first and a second prism surface inclined with respect to an optical axis of the unit Fresnel lens, at least a part of light rays incident on the first conversion region from the at least one adjacent light source,
By being refracted on the first prism surface, the light is directed in the predetermined direction, and at least a part of light rays incident on the first conversion region from the corresponding light source are refracted on the second prism surface. It may be configured to be directed in the predetermined direction.

【0029】前記複数のプリズム面は、前記単位フレネ
ルレンズの前記対応する光源から遠い側の面に形成され
ており、前記単位フレネルレンズの光軸から距離xの位
置において、前記第1プリズム面が前記単位フレネルレ
ンズの光軸に対して形成する角度をθ1、前記第2プリ
ズム面が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成す
る角度をθ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離を
f、隣接する光源間の距離をs、周囲の媒質に対する前
記単位フレネルレンズの相対屈折率をnとするとき、θ
1およびθ2が、 θ1=tan-1([{n2f2+(n2-1)(s-x)2}1/2-{f2+(s-x)2}1/2]/(s-x)) (1) θ2=tan-1([{n2f2+(n2-1)x2}1/2-(f2+x2)1/2]/x) (2) の関係を満足することが好ましい。
The plurality of prism surfaces are formed on a surface of the unit Fresnel lens farther from the corresponding light source, and the first prism surface is located at a distance x from an optical axis of the unit Fresnel lens. The angle formed with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 1 , the angle formed by the second prism surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 2 , the focal length of the unit Fresnel lens is f, When the distance between adjacent light sources is s and the relative refractive index of the unit Fresnel lens to the surrounding medium is n, θ
1 and θ 2 are θ 1 = tan −1 ([{n 2 f 2 + (n 2 −1) (sx) 2 } 1/ 2- {f 2 + (sx) 2 } 1/2 ] / ( sx)) (1) θ 2 = tan -1 ([{n 2 f 2 + (n 2 -1) x 2 } 1 / 2- (f 2 + x 2 ) 1/2 ] / x) (2) Is preferably satisfied.

【0030】あるいは、前記複数のプリズム面は、前記
単位フレネルレンズの前記対応する光源に近い側の面に
形成されている構成においては、前記単位フレネルレン
ズの光軸から距離xの位置において、前記第1プリズム
面が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角
度をθ1、前記第2プリズム面が前記単位フレネルレン
ズの光軸に対して形成する角度をθ2、前記単位フレネ
ルレンズの焦点距離をf、隣接する光源間の距離をs、
周囲の媒質に対する前記単位フレネルレンズの相対屈折
率をnとするとき、θ1およびθ2が、 θ1=tan-1([n{f2+(s-x)2}1/2-f]/(s-x)) (3) θ2=tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (4) の関係を満足することが好ましい。
Alternatively, in a configuration in which the plurality of prism surfaces are formed on a surface of the unit Fresnel lens closer to the corresponding light source, the plurality of prism surfaces are located at a distance x from an optical axis of the unit Fresnel lens. The angle formed by the first prism surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 1 , the angle formed by the second prism surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 2 , F is the focal length, s is the distance between adjacent light sources,
Assuming that the relative refractive index of the unit Fresnel lens with respect to the surrounding medium is n, θ 1 and θ 2 are θ 1 = tan −1 ([n {f 2 + (sx) 2 } 1/2 -f] / (sx)) (3) It is preferable to satisfy the relationship of θ 2 = tan −1 [{n (f 2 + x 2 ) 1/2 -f} / x] (4).

【0031】前記光線方向変換素子はフレネルレンズで
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複数の
プリズム面を有する単位フレネルレンズであり、前記複
数のプリズム面は、前記第1変換領域に、前記単位フレ
ネルレンズの光軸に対して傾斜した第1および第2プリ
ズム面を有し、前記少なくとも1つの隣接する光源から
前記第1変換領域に入射した光線の少なくとも一部は、
前記第2プリズム面において屈折されたあと前記第1プ
リズム面によって反射されることによって前記所定の方
向に向けられ、前記対応する光源から前記第1変換領域
に入射した光線の少なくとも一部は、前記第1プリズム
面において屈折させることによって前記所定の方向に向
けられる構成としてもよい。
The light beam direction conversion element is a Fresnel lens, each of the plurality of unit conversion elements is a unit Fresnel lens having a plurality of prism surfaces, and the plurality of prism surfaces are connected to the first conversion region. Having a first and a second prism surface inclined with respect to an optical axis of the unit Fresnel lens, at least a part of light rays incident on the first conversion region from the at least one adjacent light source,
At least a part of the light beam that is directed in the predetermined direction by being reflected by the first prism surface after being refracted on the second prism surface and incident on the first conversion region from the corresponding light source, is A configuration may be adopted in which the light is directed in the predetermined direction by refraction on the first prism surface.

【0032】前記複数のプリズム面は、前記単位フレネ
ルレンズの前記対応する光源に近い側の面に形成されて
おり、前記単位フレネルレンズの光軸から距離xの位置
において、前記第1プリズム面が前記単位フレネルレン
ズの光軸に対して形成する角度をθ1、前記第2プリズ
ム面が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する
角度をθ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離をf、
隣接する光源間の距離をs、周囲の媒質に対する前記単
位フレネルレンズの相対屈折率をnとするとき、θ1
よびθ2が、 θ1=(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (5) θ2=tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (6) の関係を満足することが好ましい。
The plurality of prism surfaces are formed on a surface of the unit Fresnel lens closer to the corresponding light source, and the first prism surface is located at a distance x from an optical axis of the unit Fresnel lens. The angle formed with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 1 , the angle formed by the second prism surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 2 , the focal length of the unit Fresnel lens is f,
When the distance between adjacent light sources is s and the relative refractive index of the unit Fresnel lens with respect to the surrounding medium is n, θ 1 and θ 2 are expressed as follows: θ 1 = (cos −1 [{f · cos θ 2 − (sx ) sin θ 2 } / n {f 2 + (sx) 2 } 1/2 ] -θ 2 ) / 2 (5) θ 2 = tan -1 [{n (f 2 + x 2 ) 1/2 -f} / x] It is preferable to satisfy the relationship of (6).

【0033】前記光線方向変換素子はフレネルレンズで
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複数の
プリズム面を有する単位フレネルレンズであり、前記複
数のプリズム面は、前記第1変換領域に、前記単位フレ
ネルレンズの光軸に対して傾斜した第1および第2プリ
ズム面を有し、前記少なくとも1つの隣接する光源から
前記第1変換領域に入射した光線の少なくとも一部は、
前記第2プリズム面において屈折されたあと前記第1プ
リズム面によって反射されることによって前記所定の方
向に向けられ、前記対応する光源から前記第1変換領域
に入射した光線の少なくとも一部は、前記第1プリズム
面において屈折されたあと前記第2プリズム面で反射さ
れることによって前記所定の方向に向けられる構成とし
てもよい。
The light beam direction conversion element is a Fresnel lens, each of the plurality of unit conversion elements is a unit Fresnel lens having a plurality of prism surfaces, and the plurality of prism surfaces are connected to the first conversion region. Having a first and a second prism surface inclined with respect to an optical axis of the unit Fresnel lens, at least a part of light rays incident on the first conversion region from the at least one adjacent light source,
At least a part of the light beam that is directed in the predetermined direction by being reflected by the first prism surface after being refracted on the second prism surface and incident on the first conversion region from the corresponding light source, is The light may be directed in the predetermined direction by being reflected on the second prism surface after being refracted on the first prism surface.

【0034】前記複数のプリズム面は、前記単位フレネ
ルレンズの前記対応する光源に近い側の面に形成されて
おり、前記単位フレネルレンズの光軸から距離xの位置
において、前記第1プリズム面が前記単位フレネルレン
ズの光軸に対して形成する角度をθ1、前記第2プリズ
ム面が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する
角度をθ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離をf、
隣接する光源間の距離をs、周囲の媒質に対する前記単
位フレネルレンズの相対屈折率をnとするとき、θ1
よびθ2が、 θ1=(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (7) θ2=(cos-1[{f・cosθ1-x・sinθ1}/n{f2+x2}1/2]-θ1)/2 (8) の関係を満足することが好ましい。
The plurality of prism surfaces are formed on a surface of the unit Fresnel lens closer to the corresponding light source, and the first prism surface is located at a distance x from the optical axis of the unit Fresnel lens. The angle formed with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 1 , the angle formed by the second prism surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 2 , the focal length of the unit Fresnel lens is f,
When the distance between adjacent light sources is s and the relative refractive index of the unit Fresnel lens with respect to the surrounding medium is n, θ 1 and θ 2 are expressed as follows: θ 1 = (cos −1 [{f · cos θ 2 − (sx ) sin θ 2 } / n {f 2 + (sx) 2 } 1/2 ] -θ 2 ) / 2 (7) θ 2 = (cos -1 [{f ・ cos θ 1 -x ・ sin θ 1 } / n { f 2 + x 2 } 1/2 ] -θ 1 ) / 2 It is preferable to satisfy the relationship of (8).

【0035】前記光線方向変換素子はフレネルレンズで
あって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複数の
プリズム面を有する単位フレネルレンズであり、前記複
数のプリズム面は、前記第1変換領域に、前記単位フレ
ネルレンズの光軸に対して傾斜した第1、第2、第3お
よび第4プリズム面を有し、前記少なくとも1つの隣接
する光源から前記第1変換領域に入射した光線の一部
は、前記第2プリズム面において屈折されたあと前記第
1プリズム面によって反射されることによって前記所定
の方向に向けられ、他の一部は、前記第4プリズム面に
おいて屈折されたあと前記第3プリズム面によって反射
されることによって前記所定の方向に向けられ、前記対
応する光源から前記第1変換領域に入射した光線の一部
は、前記第1プリズム面において屈折させることによっ
て前記所定の方向に向けられ、他の一部は、前記第3プ
リズム面において屈折されたあと前記第4プリズム面で
反射されることによって前記所定の方向に向けられ、前
記単位フレネルレンズの光軸から距離xの位置におい
て、前記第1プリズム面が前記単位フレネルレンズの光
軸に対して形成する角度をθ1、前記第2プリズム面が
前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度を
θ2、前記第3プリズム面が前記単位フレネルレンズの
光軸に対して形成する角度をθ3、前記第4プリズム面
が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度
をθ4、前記単位フレネルレンズの焦点距離をf、隣接
する光源間の距離をs、周囲の媒質に対する前記単位フ
レネルレンズの相対屈折率をnとするとき、θ1、θ2
θ3およびθ4が、 θ1=(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (9) θ2=tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (10) θ3=(cos-1[{f・cosθ4-(s-x)sinθ4}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ4)/2 (11) θ4=(cos-1[{f・cosθ3-x・sinθ3}/n{f2+x2}1/2]-θ3)/2 (12) の関係を満足することが好ましい。
The light beam direction conversion element is a Fresnel lens, each of the plurality of unit conversion elements is a unit Fresnel lens having a plurality of prism surfaces, and the plurality of prism surfaces are connected to the first conversion region. A first, a second, a third, and a fourth prism surface inclined with respect to an optical axis of the unit Fresnel lens, and a part of a light beam incident on the first conversion region from the at least one adjacent light source. Is directed in the predetermined direction by being reflected by the first prism surface after being refracted on the second prism surface, and another part is refracted by the third prism surface after being refracted on the fourth prism surface. A part of the light beam which is directed in the predetermined direction by being reflected by the prism surface and which is incident on the first conversion area from the corresponding light source is the first prism. The other part is directed in the predetermined direction by being refracted on the third prism surface and then reflected on the fourth prism surface by being refracted on the third prism surface. At a position at a distance x from the optical axis of the unit Fresnel lens, the angle formed by the first prism surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 1 , and the second prism surface is aligned with the optical axis of the unit Fresnel lens. 2 an angle formed against theta, the angle of the third prism surface is formed with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens theta 3, the fourth prism surface is formed with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens When an angle is θ 4 , a focal length of the unit Fresnel lens is f, a distance between adjacent light sources is s, and a relative refractive index of the unit Fresnel lens with respect to a surrounding medium is n, θ 1 , θ 2 ,
θ 3 and θ 4 are given by θ 1 = (cos −1 [{f · cos θ 2- (sx) sin θ 2 } / n {f 2 + (sx) 2 } 1/2 ] -θ 2 ) / 2 (9 ) θ 2 = tan -1 [{ n (f 2 + x 2) 1/2 -f} / x] (10) θ 3 = (cos -1 [{f · cosθ 4 - (sx) sinθ 4} / n {f 2 + (sx) 2 } 1/2 ] -θ 4 ) / 2 (11) θ 4 = (cos -1 [{f ・ cos θ 3 -x ・ sin θ 3 } / n {f 2 + x 2 } 1/2 ] -θ 3 ) / 2 It is preferable to satisfy the relationship of (12).

【0036】前記第1および第2プリズム面は、前記第
3および第4プリズム面よりも、前記単位フレネルレン
ズの光軸に近い領域に設けられていることが好ましい。
Preferably, the first and second prism surfaces are provided in a region closer to the optical axis of the unit Fresnel lens than the third and fourth prism surfaces.

【0037】前記単位フレネルレンズは、前記対応する
光源から入射した光線だけを前記所定の方向に向ける第
2変換領域をさらに有し、前記複数のプリズム面は、前
記第2変換領域に、前記単位フレネルレンズの光軸に対
して略平行な面と傾斜した面とを有し、前記対応する光
源から前記第2変換領域に入射した光線は、前記傾斜し
た面において屈折されることによって前記所定の方向に
向けられる構成としてもよい。
The unit Fresnel lens further has a second conversion area for directing only light rays incident from the corresponding light source in the predetermined direction, and the plurality of prism surfaces are provided on the second conversion area in the unit conversion area. The light source has a surface that is substantially parallel to the optical axis of the Fresnel lens and an inclined surface, and a light beam incident on the second conversion region from the corresponding light source is refracted on the inclined surface to thereby generate the predetermined light. It may be configured to be directed in the direction.

【0038】前記第2変換領域は、前記第1変換領域よ
りも前記単位フレネルレンズの光軸に近い位置に設けら
れていることが好ましい。
It is preferable that the second conversion area is provided at a position closer to the optical axis of the unit Fresnel lens than the first conversion area.

【0039】本発明による表示装置は、上記のいずれか
の照明装置と、前記照明装置から出射される光を表示に
用いる表示素子とを備えており、そのことによって上記
目的が達成される。
A display device according to the present invention includes any one of the above-described lighting devices and a display element that uses light emitted from the lighting device for display, thereby achieving the above object.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、ま
ず、本発明による実施形態の照明装置の構造と機能を説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the structure and function of a lighting device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0041】図1は、本発明による実施形態の照明装置
10の構造を模式的に示す断面図である。照明装置10
は、光源装置11と、光源装置11から出射された光線
の進行方向を所定の方向に向ける光線方向変換素子12
とを備える。光源装置11は複数の光源11a、11b
および11cを含み、光線方向変換素子12は複数の単
位変換素子12a、12bおよび12cを含む。単位変
換素子12a、12bおよび12cのそれぞれは、光源
11a、11bおよび11cのそれぞれに対応して設け
られている。光源11a、11bおよび11cは、それ
ぞれ対応する単位変換素子12a、12bおよび12c
のそれぞれの光軸OX上に配置されている。なお、以下
では、複数の光源11a、11b、11c・・・を代表
して光源11aで表し、複数の単位変換素子12a、1
2b、12c・・・を単位変換素子12aで代表するこ
とにする。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of a lighting device 10 according to an embodiment of the present invention. Lighting device 10
Is a light source device 11 and a light beam direction changing element 12 for directing a traveling direction of a light beam emitted from the light source device 11 in a predetermined direction.
And The light source device 11 includes a plurality of light sources 11a and 11b.
11c, and the beam direction converting element 12 includes a plurality of unit converting elements 12a, 12b and 12c. Each of unit conversion elements 12a, 12b, and 12c is provided corresponding to each of light sources 11a, 11b, and 11c. The light sources 11a, 11b and 11c are respectively provided with corresponding unit conversion elements 12a, 12b and 12c.
Are arranged on the respective optical axes OX. In the following, a plurality of light sources 11a, 11b, 11c,.
.. Are represented by the unit conversion element 12a.

【0042】光源11aは図1の紙面に垂直な方向に伸
びる線状の光源であり、例えば蛍光管である。なお、光
源11aは蛍光管に限られず、例えば、線状に配置した
LEDであってもよい。さらに、複数の光源11aはそ
れぞれ独立した光源である必要はなく、例えば、光源装
置11が導光板であって、それぞれの光源11aが、導
光体の一部であってもよい。但し、複数の光源11aの
それぞれから出射される光は、図1の紙面の面内に拡散
する光である。
The light source 11a is a linear light source extending in a direction perpendicular to the plane of FIG. 1 and is, for example, a fluorescent tube. Note that the light source 11a is not limited to a fluorescent tube, and may be, for example, an LED arranged linearly. Further, the plurality of light sources 11a do not need to be independent light sources. For example, the light source device 11 may be a light guide plate, and each light source 11a may be a part of a light guide. However, the light emitted from each of the plurality of light sources 11a is light that diffuses in the plane of the paper of FIG.

【0043】複数の単位変換素子12aのそれぞれは、
対応する光源11aから入射した光線および対応する光
源11a以外の少なくとも1つの光源(11bおよび1
1c)から入射した光線とを所定の方向に向ける第1変
換領域Mを有している。図1に示した単位変換素子12
aに着目すると、単位変換素子12aは、光源11aか
ら入射した光線と、光源11aの両側に隣接する光源1
1bおよび11cのそれぞれから入射した光線とを所定
の方向に向ける第1変換領域Mを有している。単位変換
素子12aの第1変換領域Mは、典型的には、図1に示
したように、単位変換素子12a内の、隣接する単位変
換領域12bおよび12cに近い側に形成されている。
Each of the plurality of unit conversion elements 12a
At least one light source other than the light beam incident from the corresponding light source 11a and the corresponding light source 11a (11b and 1
1c) has a first conversion region M for directing a light beam incident from 1c) in a predetermined direction. Unit conversion element 12 shown in FIG.
Focusing on a, the unit conversion element 12a is composed of a light beam incident from the light source 11a and the light source 1 adjacent to both sides of the light source 11a.
It has a first conversion region M for directing a light beam incident from each of 1b and 11c in a predetermined direction. The first conversion region M of the unit conversion element 12a is typically formed on the side near the adjacent unit conversion regions 12b and 12c in the unit conversion element 12a, as shown in FIG.

【0044】このように、照明装置10の光線方向変換
素子12が有する複数の単位変換素子12aのそれぞれ
は、対応する光源11aから入射した光線および対応す
る光源11a以外の少なくとも1つの光源(11bおよ
び/または11c)から入射した光線とを所定の方向に
向ける第1変換領域Mを有しているので、光源11aと
光源11bおよび/または11cとの特性(光の色調や
輝度)が異なっていても、第1変換領域Mによって光源
11aと11bまたは11cとの間の特性の違いが平均
化される。その結果、照明装置10からの照明光の強度
の分布(図1の水平方向における)には、光源11aと
11bまたは11cとの境界(あるいは、単位変換素子
12aと12bまたは12cとの境界)が現れず、比較
的均一な強度分布となる。照明装置10が出射する照明
光は典型的には平行光であり、その方向は、照明装置1
0の出射面12Eに垂直な方向である。従って、図1の
例では、照明装置10の光線方向変換素子12の出射面
12Eに垂直な方向が「所定の方向」ということにな
る。
As described above, each of the plurality of unit conversion elements 12a included in the light beam direction conversion element 12 of the illumination device 10 includes at least one light source (11b and 11b) other than the light beam incident from the corresponding light source 11a and the corresponding light source 11a. And / or 11c) has a first conversion region M for directing a light ray incident from the light source 11a in a predetermined direction, so that the characteristics (color tone and brightness of light) of the light source 11a and the light sources 11b and / or 11c are different. Also, the difference in characteristics between the light sources 11a and 11b or 11c is averaged by the first conversion region M. As a result, in the distribution of the intensity of the illumination light from the illumination device 10 (in the horizontal direction in FIG. 1), the boundary between the light sources 11a and 11b or 11c (or the boundary between the unit conversion elements 12a and 12b or 12c) is included. It does not appear and has a relatively uniform intensity distribution. Illumination light emitted by the illumination device 10 is typically parallel light, and its direction depends on the illumination device 1.
0 is a direction perpendicular to the emission surface 12E. Therefore, in the example of FIG. 1, the direction perpendicular to the emission surface 12E of the light beam direction conversion element 12 of the illumination device 10 is the “predetermined direction”.

【0045】なお、図1では、複数の単位変換素子12
aのそれぞれが、両側に第1変換領域Mを有する例を示
しているが、少なくとも一方に第1変換領域Mを有して
おればよい。また、単位変換素子12aの第1変換領域
Mは、対応する光源11aに隣接する光源11bおよび
11cからの光線を所定の方向に変換するものに限られ
ず、他の光源からの光線を所定の方向に向けるものであ
ってもよい。さらに、第1変換領域Mは、単位変換素子
12aの両側(隣接する単位変換素子12bおよび/ま
たは12cに隣接する領域)に形成される必要は必ずし
も無い。
In FIG. 1, a plurality of unit conversion elements 12
Although each of “a” has the first conversion region M on both sides, it is sufficient that at least one of the “a” has the first conversion region M. Further, the first conversion area M of the unit conversion element 12a is not limited to the one that converts light beams from the light sources 11b and 11c adjacent to the corresponding light source 11a in a predetermined direction, and converts light beams from other light sources into a predetermined direction. May be directed to Further, the first conversion area M does not necessarily need to be formed on both sides of the unit conversion element 12a (an area adjacent to the adjacent unit conversion elements 12b and / or 12c).

【0046】また、単位変換素子12aは、上述した第
1変換領域Mに加えて、対応する光源11aから入射し
た光線だけを所定の方向に向ける第2変換領域Sをさら
に有してもよい。図1に示したように、第2変換領域S
は、単位変換素子12aの光軸OXに近い位置に設けら
れることが好ましい。すなわち、典型的には、単位変換
素子12aの両端に形成された2つの第1変換領域Mの
間に設けられる。このような構成においても、照明装置
10からの照明光の強度の分布(図1の水平方向におけ
る)は連続的であり、境界は現れない。もちろん、単位
変換素子12aに第2変換領域Sを設けず、単位変換素
子12aを第1変換領域Mだけから構成してもよい。
The unit conversion element 12a may further include, in addition to the above-described first conversion region M, a second conversion region S for directing only light rays incident from the corresponding light source 11a in a predetermined direction. As shown in FIG. 1, the second conversion area S
Is preferably provided at a position close to the optical axis OX of the unit conversion element 12a. That is, typically, it is provided between the two first conversion regions M formed at both ends of the unit conversion element 12a. Even in such a configuration, the distribution of the intensity of the illumination light from the illumination device 10 (in the horizontal direction in FIG. 1) is continuous, and no boundary appears. Needless to say, the unit conversion element 12a may be configured only of the first conversion area M without providing the second conversion area S in the unit conversion element 12a.

【0047】典型的には、すべての単位変換素子12a
は実質的に同じ構成を有するが、例えば、照明装置10
の両端の光源11aに対応する単位変換素子12aは、
それぞれ1つの単位変換素子12aとしか隣接しないの
で、隣接する単位変換素子12aの側にのみ第1変換領
域Mを設ける構成としてもよい。
Typically, all unit conversion elements 12a
Have substantially the same configuration, but for example, the lighting device 10
The unit conversion elements 12a corresponding to the light sources 11a at both ends of
Since each is adjacent to only one unit conversion element 12a, the first conversion region M may be provided only on the side of the adjacent unit conversion element 12a.

【0048】いずれの場合にも、複数の単位変換素子1
2aは、それぞれが独立した素子である必要はなく、一
体に形成されていてもよい。例えば、図1に示したよう
に、光線方向変換素子12はフレネルレンズであって、
複数の単位変換素子12aのそれぞれは単位フレネルレ
ンズ12aであってもよい。あるいは、光線方向変換素
子12はホログラフィック素子であって、複数の単位変
換素子12aのそれぞれは単位ホログラフィック素子で
あってもよい。さらに、光線方向変換素子12は回折素
子であり、複数の単位変換素子12aのそれぞれは単位
回折素子であってもよい。
In each case, a plurality of unit conversion elements 1
The elements 2a need not be independent elements, but may be formed integrally. For example, as shown in FIG. 1, the light beam direction changing element 12 is a Fresnel lens,
Each of the plurality of unit conversion elements 12a may be a unit Fresnel lens 12a. Alternatively, the light beam direction conversion element 12 may be a holographic element, and each of the plurality of unit conversion elements 12a may be a unit holographic element. Further, the light beam direction conversion element 12 may be a diffraction element, and each of the plurality of unit conversion elements 12a may be a unit diffraction element.

【0049】以下、フレネルレンズを用いて構成された
光線方向変換素子12を備える照明装置の構造および機
能を説明する。まず、フレネルレンズを用いて構成され
た光線方向変換素子12が有する第1変換領域Mの構造
と機能を説明するために、第1変換領域Mだけを有する
フレネルレンズを備える照明装置の構造と機能を説明す
る。
Hereinafter, the structure and function of an illuminating device including the light beam direction changing element 12 constituted by using a Fresnel lens will be described. First, in order to explain the structure and function of the first conversion region M included in the light beam direction conversion element 12 configured using a Fresnel lens, the structure and function of an illumination device including a Fresnel lens having only the first conversion region M will be described. Will be described.

【0050】図2に示した照明装置20は、複数の光源
11aと、それぞれが第1変換領域Mを有する複数の単
位フレネルレンズ22aとを有している。単位フレネル
レンズ22aのそれぞれの光軸OX上に光源11aが配
置されている。単位フレネルレンズ22aは、光源11
aからの光を受ける面(受光面)22Rが平坦で、出射
面22Eに複数のプリズム面を有している。すなわち、
単位フレネルレンズ22aは、光源11aから遠い側の
面22Eに複数のプリズム面を有している。
The lighting device 20 shown in FIG. 2 has a plurality of light sources 11a and a plurality of unit Fresnel lenses 22a each having a first conversion area M. The light source 11a is arranged on each optical axis OX of the unit Fresnel lens 22a. The unit Fresnel lens 22a is
The surface (light receiving surface) 22R that receives light from a is flat, and the output surface 22E has a plurality of prism surfaces. That is,
The unit Fresnel lens 22a has a plurality of prism surfaces on a surface 22E farther from the light source 11a.

【0051】図3(a)および(b)を参照しながら、
単位フレネルレンズ22aの構造および機能をさらに詳
しく説明する。
Referring to FIGS. 3A and 3B,
The structure and function of the unit Fresnel lens 22a will be described in more detail.

【0052】出射面22Eに形成されている複数のプリ
ズム面は、第1変換領域Mに、単位フレネルレンズ22
aの光軸OXに対して傾斜した第1プリズム面P1およ
び第2プリズム面P2を有している。単位フレネルレン
ズ22aに対応する光源11aに隣接する光源(図1中
の光源11bまたは11c)から単位フレネルレンズ2
2aの第1変換領域Mに入射した光線の少なくとも一部
は、第1プリズム面P1において屈折されることによっ
て所定の方向に向けられ、対応する光源11aから第1
変換領域Mに入射した光線の少なくとも一部は、第2プ
リズム面P2において屈折されることによって所定の方
向に向けられるように、第1プリズム面P1および第2
プリズム面P2のそれぞれの傾斜角が設定されている。
このようなプリズム面を有するプリズムを屈折/屈折型
プリズムと呼ぶことにする。
The plurality of prism surfaces formed on the exit surface 22E are provided in the first conversion region M in the unit Fresnel lens 22.
It has a first prism surface P1 and a second prism surface P2 inclined with respect to the optical axis OX of a. The light source (light source 11b or 11c in FIG. 1) adjacent to the light source 11a corresponding to the unit Fresnel lens 22a
At least a part of the light beam incident on the first conversion region M of the second prism 2a is directed in a predetermined direction by being refracted on the first prism surface P1, and is directed from the corresponding light source 11a to the first prism.
At least a part of the light beam incident on the conversion area M is refracted by the second prism surface P2 so as to be directed in a predetermined direction.
Each inclination angle of the prism surface P2 is set.
A prism having such a prism surface is called a refraction / refraction prism.

【0053】第1プリズム面P1および第2プリズム面
P2はそれぞれ複数の存在し、交互の互いに隣接して配
置されており、第1プリズム面P1と第2プリズム面P
2との交線がプリズム面の稜線を形成する。また、第1
プリズム面P1および第2プリズム面P2の傾斜角θ1
およびθ2は、それぞれのプリズム面P1およびP2の
光軸OXからの位置によって異なる。
There are a plurality of first prism surfaces P1 and second prism surfaces P2, which are arranged alternately adjacent to each other, and the first prism surface P1 and the second prism surface P2 are arranged alternately.
The line of intersection with 2 forms the ridgeline of the prism surface. Also, the first
Angle of inclination θ 1 between prism surface P1 and second prism surface P2
And θ 2 differ depending on the positions of the respective prism surfaces P1 and P2 from the optical axis OX.

【0054】プリズム面P1およびP2の傾斜角θ1
よびθ2は、それぞれ図2の紙面の面内(すなわち、プ
リズムの稜線に垂直な面内)における光軸OXに対する
角度として規定される。図3(a)からわかるように、
単位フレネルレンズ22aの光軸OXから距離xの位置
における傾斜角θ1およびθ2が下記の式(1)および
(2)を満足するとき、光源からの光線は単位フレネル
レンズ22aの光軸OXに平行な方向に向けられるた
め、高い指向性の照明光が得られる。なお、下記の式に
おいて、単位フレネルレンズ22aの焦点距離をf、隣
接する光源11a間の距離をs、周囲の媒質に対する単
位フレネルレンズの相対屈折率をnとする。典型的に
は、フレネルレンズの周囲の媒体は空気であり、相対屈
折率nは、フレネルレンズの屈折率n0と一致する。こ
れらのパラメータf、sおよびnの定義は、以下で説明
する構成においても共通である。
The inclination angles θ 1 and θ 2 of the prism surfaces P1 and P2 are defined as angles relative to the optical axis OX in the plane of the paper of FIG. 2 (that is, in the plane perpendicular to the ridge line of the prism). As can be seen from FIG.
When the inclination angles θ 1 and θ 2 at the position of the distance x from the optical axis OX of the unit Fresnel lens 22a satisfy the following formulas (1) and (2), the light from the light source emits the optical axis OX of the unit Fresnel lens 22a. Since the light is directed in a direction parallel to the direction, illumination light with high directivity can be obtained. In the following equation, f is the focal length of the unit Fresnel lens 22a, s is the distance between the adjacent light sources 11a, and n is the relative refractive index of the unit Fresnel lens with respect to the surrounding medium. Typically, the medium around the Fresnel lens is air, and the relative refractive index n matches the refractive index n 0 of the Fresnel lens. The definitions of these parameters f, s, and n are common to the configurations described below.

【0055】 θ1=tan-1([{n2f2+(n2-1)(s-x)2}1/2-{f2+(s-x)2}1/2]/(s-x)) (1) θ2=tan-1([{n2f2+(n2-1)x2}1/2-(f2+x2)1/2]/x) (2) なお、光源11aから単位フレネルレンズ22aまで距
離に対し、単位フレネルレンズ22aの厚さは十分に小
さいので、図2においては、簡単のために、単位フレネ
ルレンズ22aの受光面22Rと光源11aとの距離が
単位フレネルレンズ22a焦点距離fと一致するとして
示している。以下の構成においても、同様の近似を用い
る。
Θ 1 = tan −1 ([{n 2 f 2 + (n 2 −1) (sx) 2 } 1/ 2- {f 2 + (sx) 2 } 1/2 ] / (sx)) (1) θ 2 = tan -1 ([{n 2 f 2 + (n 2 -1) x 2 } 1 / 2- (f 2 + x 2 ) 1/2 ] / x) (2) Since the thickness of the unit Fresnel lens 22a is sufficiently small with respect to the distance from the unit Fresnel lens 22a to the unit Fresnel lens 22a, the distance between the light receiving surface 22R of the unit Fresnel lens 22a and the light source 11a is unitized in FIG. This is shown as being equal to the focal length f of the Fresnel lens 22a. Similar approximations are used in the following configurations.

【0056】図2および図3(a)に示した単位フレネ
ルレンズ22aを備えるフレネルレンズ22に代えて、
図3(b)に示す単位フレネルレンズ22’aを備える
フレネルレンズを用いることができる。
Instead of the Fresnel lens 22 having the unit Fresnel lens 22a shown in FIGS. 2 and 3A,
A Fresnel lens including the unit Fresnel lens 22'a shown in FIG. 3B can be used.

【0057】図3(b)に示した単位フレネルレンズ2
2’aは、出射面22’Eは実質的に平坦で、受光面2
2’Rに第1プリズム面P1および第2プリズム面P2
を有しており、この単位フレネルレンズ22’aにおい
て、第1プリズム面P1および第2プリズム面P2のそ
れぞれの傾斜角θ1およびθ2が下記の式(3)および
(4)を満足するとき、光源からの光線は単位フレネル
レンズ22’aの光軸OXに平行な方向に向けられるた
め、高い指向性の照明光が得られる。
The unit Fresnel lens 2 shown in FIG.
2'a indicates that the light-emitting surface 22'E is substantially flat and the light-receiving surface 2 '
2′R includes a first prism surface P1 and a second prism surface P2.
In the unit Fresnel lens 22′a, when the respective inclination angles θ1 and θ2 of the first prism surface P1 and the second prism surface P2 satisfy the following expressions (3) and (4), Since the light from the light source is directed in a direction parallel to the optical axis OX of the unit Fresnel lens 22'a, illumination light with high directivity can be obtained.

【0058】 θ1=tan-1([n{f2+(s-x)2}1/2-f]/(s-x)) (3) θ2=tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (4) 次に、図4および図5を参照しながら、本発明による他
の照明装置30の構成と機能を説明する。
Θ 1 = tan −1 ([n {f 2 + (sx) 2 } 1/2 -f] / (sx)) (3) θ 2 = tan −1 [{n (f 2 + x 2 ) 1/2 -f} / x] (4) Next, the configuration and function of another illumination device 30 according to the present invention will be described with reference to FIGS.

【0059】図4に示した照明装置30は、複数の光源
11aと、それぞれが第1変換領域Mを有する複数の単
位フレネルレン32aとを有している。単位フレネルレ
ンズ32aのそれぞれの光軸OX上に光源11aが配置
されている。単位フレネルレンズ32aは、光源11a
からの光を受ける面(受光面)32Rに複数のプリズム
面を有しており、出射面22Eが平坦である。
The illumination device 30 shown in FIG. 4 has a plurality of light sources 11a and a plurality of unit Fresnellens 32a each having a first conversion region M. The light source 11a is arranged on each optical axis OX of the unit Fresnel lens 32a. The unit Fresnel lens 32a is
The surface (light receiving surface) 32R that receives light from the light source has a plurality of prism surfaces, and the emission surface 22E is flat.

【0060】受光面32Rに形成されている複数のプリ
ズム面は、第1変換領域Mに、単位フレネルレンズ32
aの光軸OXに対して傾斜した第1プリズム面P1およ
び第2プリズム面P2を有している。単位フレネルレン
ズ32aに対応する光源11aに隣接する光源(図1中
の光源11bまたは11c)から単位フレネルレンズ3
2aの第1変換領域Mに入射した光線の少なくとも一部
は、第2プリズム面P2において屈折されたあと第1プ
リズム面P1によって反射されることによって所定の方
向に向けられ、対応する光源11aから第1変換領域M
に入射した光線の少なくとも一部は、第1プリズム面P
1において屈折されることによって所定の方向に向けら
れるように、第1プリズム面P1および第2プリズム面
P2のそれぞれの傾斜角が設定されている。このような
プリズム面を有するプリズムを反射/屈折型プリズムと
呼ぶことにする。
The plurality of prism surfaces formed on the light receiving surface 32R are provided on the first conversion region M in the unit Fresnel lens 32R.
It has a first prism surface P1 and a second prism surface P2 inclined with respect to the optical axis OX of a. The light source adjacent to the light source 11a corresponding to the unit Fresnel lens 32a (the light source 11b or 11c in FIG.
At least a part of the light beam incident on the first conversion region M of 2a is directed in a predetermined direction by being refracted by the second prism surface P2 and then reflected by the first prism surface P1, from the corresponding light source 11a. First conversion area M
At least a part of the light beam incident on the first prism surface P
The respective inclination angles of the first prism surface P1 and the second prism surface P2 are set such that they are directed in a predetermined direction by being refracted at 1. A prism having such a prism surface is called a reflection / refraction prism.

【0061】図5から分かるように、この単位フレネル
レンズ32aにおいて、第1プリズム面P1および第2
プリズム面P2のそれぞれの傾斜角θ1およびθ2が下
記の式(5)および(6)を満足するとき、光源からの
光線は単位フレネルレンズ32aの光軸OXに平行な方
向に向けられるため、高い指向性の照明光が得られる。
As can be seen from FIG. 5, in the unit Fresnel lens 32a, the first prism surface P1 and the second
When the respective inclination angles θ1 and θ2 of the prism surface P2 satisfy the following expressions (5) and (6), the light rays from the light source are directed in a direction parallel to the optical axis OX of the unit Fresnel lens 32a, and thus are high. Directional illumination light is obtained.

【0062】 θ1=(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (5) θ2=tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (6) 次に、図6および図7を参照しながら、本発明によるさ
らに他の照明装置40の構成と機能を説明する。
Θ 1 = (cos −1 [{f · cos θ 2- (sx) sin θ 2 } / n {f 2 + (sx) 2 } 1/2 ] -θ 2 ) / 2 (5) θ 2 = tan -1 [{n (f 2 + x 2 ) 1/2 -f} / x] (6) Next, referring to FIG. 6 and FIG. 7, the configuration and the configuration of still another illumination device 40 according to the present invention. The function will be described.

【0063】図6に示した照明装置40は、複数の光源
11aと、それぞれが第1変換領域Mを有する複数の単
位フレネルレン42aとを有している。単位フレネルレ
ンズ42aのそれぞれの光軸OX上に光源11aが配置
されている。単位フレネルレンズ42aは、光源11a
からの光を受ける面(受光面)42Rに複数のプリズム
面を有しており、出射面22Eが平坦である。
The illumination device 40 shown in FIG. 6 has a plurality of light sources 11a and a plurality of unit Fresnellens 42a each having a first conversion region M. The light source 11a is arranged on each optical axis OX of the unit Fresnel lens 42a. The unit Fresnel lens 42a is
The surface (light receiving surface) 42R that receives light from the light source has a plurality of prism surfaces, and the emission surface 22E is flat.

【0064】受光面42Rに形成されている複数のプリ
ズム面は、第1変換領域Mに、単位フレネルレンズ42
aの光軸OXに対して傾斜した第1プリズム面P1およ
び第2プリズム面P2を有している。単位フレネルレン
ズ42aに対応する光源11aに隣接する光源(図1中
の光源11bまたは11c)から単位フレネルレンズ4
2aの第1変換領域Mに入射した光線の少なくとも一部
は、第2プリズム面P2において屈折されたあと第1プ
リズム面P1によって反射されることによって所定の方
向に向けられ、対応する光源11aから第1変換領域M
に入射した光線の少なくとも一部は、第1プリズム面P
1において屈折されたあと第2プリズム面P2で反射さ
れることによって所定の方向に向けられるように、第1
プリズム面P1および第2プリズム面P2のそれぞれの
傾斜角が設定されている。このようなプリズム面を有す
るプリズムを反射/反射型プリズムと呼ぶことにする。
The plurality of prism surfaces formed on the light receiving surface 42R are provided in the first conversion area M in the unit Fresnel lens 42R.
It has a first prism surface P1 and a second prism surface P2 inclined with respect to the optical axis OX of a. The light source (light source 11b or 11c in FIG. 1) adjacent to the light source 11a corresponding to the unit Fresnel lens 42a
At least a part of the light beam incident on the first conversion region M of 2a is directed in a predetermined direction by being refracted by the second prism surface P2 and then reflected by the first prism surface P1, from the corresponding light source 11a. First conversion area M
At least a part of the light beam incident on the first prism surface P
After being refracted at 1 and reflected by the second prism surface P2, the first prism surface P2 is directed in a predetermined direction.
The respective inclination angles of the prism surface P1 and the second prism surface P2 are set. A prism having such a prism surface is called a reflection / reflection type prism.

【0065】図7から分かるように、この単位フレネル
レンズ42aにおいて、第1プリズム面P1および第2
プリズム面P2のそれぞれの傾斜角θ1およびθ2が下
記の式(7)および(8)を満足するとき、光源からの
光線は単位フレネルレンズ42aの光軸OXに平行な方
向に向けられるため、高い指向性の照明光が得られる。
As can be seen from FIG. 7, in this unit Fresnel lens 42a, the first prism surface P1 and the second prism
When the respective inclination angles θ1 and θ2 of the prism surface P2 satisfy the following expressions (7) and (8), the light rays from the light source are directed in a direction parallel to the optical axis OX of the unit Fresnel lens 42a, and thus are high. Directional illumination light is obtained.

【0066】 θ1=(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (7) θ2=(cos-1[{f・cosθ1-x・sinθ1}/n{f2+x2}1/2]-θ1)/2 (8) なお、上述した反射/屈折型と反射/反射型との両方を
単位フレネルレンズに形成する場合には、後述するよう
に、反射/反射型プリズムを単位フレネルレンズの境界
近傍に形成し、反射/屈折型プリズムを単位フレネルレ
ンズの光軸の近傍に形成することが好ましい。
Θ 1 = (cos −1 [{f · cos θ 2- (sx) sin θ 2 } / n {f 2 + (sx) 2 } 1/2 ] −θ 2 ) / 2 (7) θ 2 = (cos -1 [{f · cos θ 1 -x · sin θ 1 } / n {f 2 + x 2 } 1/2 ] -θ 1 ) / 2 (8) Note that the above-mentioned reflection / refraction type and reflection / reflection When both the mold and the mold are formed in the unit Fresnel lens, as will be described later, the reflective / reflective prism is formed near the boundary of the unit Fresnel lens, and the reflective / refractive prism is formed near the optical axis of the unit Fresnel lens. It is preferable to form it.

【0067】ここで、単位フレネルレンズが有する複数
のプリズム面が、第1変換領域Mに、単位フレネルレン
ズの光軸OXに対して傾斜した第1、第2、第3および
第4プリズム面を有し、少なくとも1つの隣接する光源
から第1変換領域に入射した光線の一部は、第2プリズ
ム面において屈折されたあと第1プリズム面によって反
射されることによって所定の方向に向けられ、他の一部
は、第4プリズム面において屈折されたあと第3プリズ
ム面によって反射されることによって所定の方向に向け
られ、且つ、対応する光源から第1変換領域Mに入射し
た光線の一部は、第1プリズム面において屈折させるこ
とによって所定の方向に向けられ、他の一部は、第3プ
リズム面において屈折されたあと第4プリズム面で反射
されることによって所定の方向に向けられるとする。す
なわち、第1プリズム面および第2プリズム面が反射/
屈折型プリズムを形成しており、第3プリズム面および
第4プリズム面が反射/反射型プリズムを形成している
とする。
Here, a plurality of prism surfaces of the unit Fresnel lens are provided in the first conversion region M with first, second, third and fourth prism surfaces inclined with respect to the optical axis OX of the unit Fresnel lens. A portion of a light beam incident on the first conversion region from at least one adjacent light source is directed in a predetermined direction by being refracted by the second prism surface and then reflected by the first prism surface, Is directed in a predetermined direction by being refracted by the fourth prism surface and then reflected by the third prism surface, and a part of the light beam incident on the first conversion region M from the corresponding light source is Is directed in a predetermined direction by refraction on the first prism surface, and another part is refracted on the fourth prism surface after being refracted on the third prism surface. And directed to a predetermined direction. That is, the first prism surface and the second prism surface reflect /
It is assumed that a refraction prism is formed, and the third prism surface and the fourth prism surface form a reflection / reflection prism.

【0068】そして、単位フレネルレンズの光軸OXか
ら距離xの位置において、第1プリズム面が単位フレネ
ルレンズの光軸に対して形成する角度をθ1、第2プリ
ズム面が単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角
度をθ2、第3プリズム面が単位フレネルレンズの光軸
に対して形成する角度をθ3、第4プリズム面が単位フ
レネルレンズの光軸に対して形成する角度をθ4とする
とき、θ1、θ2、θ3およびθ4が、 θ1=(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (9) θ2=tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (10) θ3=(cos-1[{f・cosθ4-(s-x)sinθ4}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ4)/2 (11) θ4=(cos-1[{f・cosθ3-x・sinθ3}/n{f2+x2}1/2]-θ3)/2 (12) の関係を満足するようにそれぞれの角度を設定すること
によって、高指向性の照明光を得ることができる。
Then, at the position of the distance x from the optical axis OX of the unit Fresnel lens, the angle formed by the first prism surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 1 , and the second prism surface is the light of the unit Fresnel lens. The angle formed with respect to the axis is θ 2 , the angle formed by the third prism surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 3 , and the angle formed by the fourth prism surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is Assuming θ 4 , θ 1 , θ 2 , θ 3 and θ 4 are given by θ 1 = (cos −1 [{f · cos θ 2- (sx) sin θ 2 } / n {f 2 + (sx) 2 } 1/2 ] -θ 2 ) / 2 (9) θ 2 = tan -1 [{n (f 2 + x 2 ) 1/2 -f} / x] (10) θ 3 = (cos -1 [{ f · cosθ 4 - (sx) sinθ 4} / n {f 2 + (sx) 2} 1/2] -θ 4) / 2 (11) θ 4 = (cos -1 [{f · cosθ 3 -x・ Sin θ 3 } / n {f 2 + x 2 } 1/2 ] -θ 3 ) / 2 By setting each angle so as to satisfy the relationship (12), highly directional illumination light is obtained. be able to.

【0069】次に、図1、図8(a)および図8(b)
を参照しながら、単位フレネルレンズ12aが有する第
2変換領域Sの構造と機能を説明する。なお、単位フレ
ネルレンズ12aが有する第1変換領域Mは、上述の屈
折/屈折型プリズム(図2)、反射/屈折型プリズム
(図4)および反射/反射型プリズム(図6)のいずれ
か1つまたはこれらの組み合わせによって構成され得
る。
Next, FIGS. 1, 8 (a) and 8 (b)
The structure and function of the second conversion region S of the unit Fresnel lens 12a will be described with reference to FIG. Note that the first conversion region M of the unit Fresnel lens 12a is one of the above-described refraction / refraction prism (FIG. 2), reflection / refraction prism (FIG. 4), and reflection / reflection prism (FIG. 6). Or a combination thereof.

【0070】単位フレネルレンズ12aの第2変換領域
Sは、対応する光源11aから入射した光線だけを所定
の方向に向ける。第2変換領域Sは、図8(a)に示し
たように、単位フレネルレンズ12aの光軸OXに対し
て略平行な面PPと傾斜した面PIとを有し、対応する
光源11aから第2変換領域Sに入射した光線は、傾斜
した面PIにおいて屈折されることによって所定の方向
に向けられる。このようなプリズム面を有するプリズム
を屈折型プリズムと呼ぶことにする。なお、光軸OXに
平行な面PPと傾斜した面PIとを有するプリズムは、
従来のフレネルレンズに形成されたプリズムと同様のも
のである。
The second conversion area S of the unit Fresnel lens 12a directs only a light beam incident from the corresponding light source 11a in a predetermined direction. As shown in FIG. 8A, the second conversion region S has a surface PP substantially parallel to the optical axis OX of the unit Fresnel lens 12a and a surface PI inclined, and the second light source 11a receives the second light from the corresponding light source 11a. The light ray incident on the two-conversion area S is directed in a predetermined direction by being refracted on the inclined plane PI. A prism having such a prism surface is called a refraction prism. Note that a prism having a plane PP parallel to the optical axis OX and an inclined plane PI is
This is similar to a prism formed on a conventional Fresnel lens.

【0071】図8(a)に示したように、プリズム面が
受光面12Rに形成されている場合には、単位フレネル
レンズ12aの光軸OXからxの距離に形成された傾斜
した面PIの傾斜角θが下記の式(13)を満足すると
き、光源からの光線は単位フレネルレンズ12aの光軸
OXに平行な方向に向けられるため、高い指向性の照明
光が得られる。
As shown in FIG. 8A, when the prism surface is formed on the light receiving surface 12R, the inclined surface PI formed at a distance x from the optical axis OX of the unit Fresnel lens 12a is formed. When the inclination angle θ satisfies the following expression (13), the light from the light source is directed in a direction parallel to the optical axis OX of the unit Fresnel lens 12a, so that highly directional illumination light can be obtained.

【0072】 θ≒tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (13) 単位フレネルレンズ12aに代えて、図8(b)に示し
たような屈折型プリズムが出射面12Eに形成された単
位フレネルレンズ12’aを用いてもよい。この場合に
は、単位フレネルレンズ12’aの光軸OXからxの距
離に形成された傾斜した面PIの傾斜角θが下記の式
(14)を満足するとき、光源からの光線は単位フレネ
ルレンズ12’aの光軸OXに平行な方向に向けられる
ため、高い指向性の照明光が得られる。
Θ ≒ tan −1 [{n (f 2 + x 2 ) 1/2 −f} / x] (13) Instead of the unit Fresnel lens 12 a, a refraction type as shown in FIG. A unit Fresnel lens 12'a having a prism formed on the emission surface 12E may be used. In this case, when the inclination angle θ of the inclined plane PI formed at a distance of x from the optical axis OX of the unit Fresnel lens 12′a satisfies the following expression (14), the light from the light source is unit Fresnel Since the light is directed in a direction parallel to the optical axis OX of the lens 12'a, illumination light with high directivity can be obtained.

【0073】 θ≒tan-1([{n2f2+(n2-1)x2}1/2-(f2+x2)1/2]/x) (14) 図9および図10を参照しながら、上述した屈折型プリ
ズム、反射/屈折型プリズムおよび反射/反射型プリズ
ムをそれぞれ用いた照明装置の照明光の指向性を説明す
る。図9および図10は、シミュレーションの結果であ
り、下記の構成を有する照明装置を想定した。図9は、
単位フレネルレンズの光軸OXの位置で出射する照明光
の強度(例えば輝度)を出射角ごとに測定した結果に対
応する。また、図10は、単位フレネルレンズの光軸O
Xと平行な方向に出射する照明光の強度(例えば輝度)
を光軸OXからの距離ごとに測定した結果に対応する。
Θ ≒ tan −1 ([{n 2 f 2 + (n 2 −1) x 2 } 1 / 2- (f 2 + x 2 ) 1/2 ] / x) (14) FIG. 9 and FIG. The directivity of illumination light of an illumination device using each of the above-described refraction prism, reflection / refraction prism, and reflection / reflection prism will be described with reference to FIG. 9 and 10 show the results of the simulation, and assume a lighting device having the following configuration. FIG.
This corresponds to the result of measuring the intensity (for example, luminance) of the illumination light emitted at the position of the optical axis OX of the unit Fresnel lens for each emission angle. FIG. 10 shows the optical axis O of the unit Fresnel lens.
The intensity (for example, luminance) of the illumination light emitted in a direction parallel to X
Corresponds to the result of measurement for each distance from the optical axis OX.

【0074】それぞれの照明装置においては、プリズム
面が光源と対向する側の面に形成されたフレネルレンズ
を用いる。また、フレネルレンズが有する個々の単位フ
レネルレンズの焦点距離fは隣接する光源間の距離sの
1/2(f=s/2)とし、フレネルレンズの材質とし
ては屈折率n0が1.49の透明なアクリル樹脂を用い
る。それぞれの照明装置において、フレネルレンズの周
囲の媒体は空気であり、それぞれのプリズム面における
フレネルレンズの相対屈折率nは、フレネルレンズの屈
折率n0に等しい(n=1.49)とする。また、拡散
光源としての冷陰極管の直径は2.6mmとし、焦点距
離fは19mm、隣接する光源間の距離sは38mmと
する。
In each of the illumination devices, a Fresnel lens having a prism surface formed on the surface facing the light source is used. The focal length f of each unit Fresnel lens of the Fresnel lens is set to 1 / of the distance s between adjacent light sources (f = s / 2), and the Fresnel lens is made of a material having a refractive index n 0 of 1.49. Use transparent acrylic resin. In each lighting device, the medium around the Fresnel lens is air, and the relative refractive index n of the Fresnel lens on each prism surface is equal to the refractive index n 0 of the Fresnel lens (n = 1.49). The diameter of the cold cathode tube as a diffusion light source is 2.6 mm, the focal length f is 19 mm, and the distance s between adjacent light sources is 38 mm.

【0075】図9から分かるように、いずれの照明装置
についても、照明光の指向性は全角で±5°程度と非常
に高指向性であることがわかる。すなわち、屈折型プリ
ズム、反射/屈折型プリズムおよび反射/反射型プリズ
ムのいずれが形成されたフレネルレンズも、光線の進行
方向を所定の方向に十分に制御していることがわかる。
As can be seen from FIG. 9, it can be seen that the directivity of the illuminating light is very high at about ± 5 ° in all angles in any of the lighting devices. That is, it is understood that the Fresnel lens formed with any of the refraction prism, the reflection / refraction prism, and the reflection / reflection prism sufficiently controls the traveling direction of the light beam in a predetermined direction.

【0076】また、図10から、単位フレネルレンズの
光軸の近傍では、光源からの光線の進行方向は、屈折型
プリズムまたは反射/屈折型プリズムによって効率よく
制御され、正面方向に照明光が多く照射されることがわ
かる。一方、光軸から離れた隣接する単位フレネルレン
ズとの境界近傍では、反射/反射型プリズムによって光
線の進行方向が効率よく制御され、正面方向に照明光が
多く照射されることがわかる。なお、屈折/屈折型プリ
ズムを第1変換領域に形成すれば、隣接する2つの光源
からの光線の進行方向を制御することは可能であるが、
上述の条件では、正面方向に照射される照明光の強度は
非常に小さい。
Also, from FIG. 10, in the vicinity of the optical axis of the unit Fresnel lens, the traveling direction of the light beam from the light source is efficiently controlled by the refraction prism or the reflection / refraction prism, and the amount of illumination light is large in the front direction. It can be seen that irradiation is performed. On the other hand, in the vicinity of the boundary with the adjacent unit Fresnel lens away from the optical axis, it can be understood that the traveling direction of the light beam is efficiently controlled by the reflection / reflection type prism, and that a large amount of illumination light is emitted in the front direction. In addition, if the refraction / refraction prism is formed in the first conversion region, it is possible to control the traveling directions of the light beams from two adjacent light sources,
Under the above-described conditions, the intensity of the illumination light emitted in the front direction is very small.

【0077】従って、単位フレネルレンズの光軸近傍に
は第2変換領域を構成する屈折型プリズムを形成し、境
界近傍には第1変換領域を構成する反射/反射型プリズ
ムを形成することによって光源からの光線の進行方向を
有効に制御することができ、正面方向(単位フレネルレ
ンズの光軸に平行)に効率よく照明光が照射される。さ
らに、反射/反射型プリズムが形成された第1変換領域
からは、単位フレネルレンズに対応した光源からの光線
と隣接する光源からの光線が混合されて照射されるた
め、隣接する光源の輝度や色調などが互いに異なってい
ても、単位フレネルレンズの境界が観察されることな
く、均一な照明光を得ることができる。
Therefore, a refraction prism forming the second conversion region is formed near the optical axis of the unit Fresnel lens, and a reflection / reflection type prism forming the first conversion region is formed near the boundary. The traveling direction of the light beam from the camera can be effectively controlled, and the illumination light is efficiently emitted in the front direction (parallel to the optical axis of the unit Fresnel lens). Furthermore, since the light from the light source corresponding to the unit Fresnel lens and the light from the adjacent light source are mixed and emitted from the first conversion region in which the reflection / reflection type prism is formed, the brightness and the brightness of the adjacent light source can be improved. Even if the color tone and the like are different from each other, uniform illumination light can be obtained without observing the boundary of the unit Fresnel lens.

【0078】同様に、単位フレネルレンズの光軸近傍に
は第1変換領域を構成する反射/屈折型プリズムを形成
し、境界近傍には第1変換領域を構成する反射/反射型
プリズムを形成することによって光源からの光の進行方
向を有効に制御することができる。このような構成を採
用すると、単位フレネルレンズが第1変換領域のみで構
成されるため、第2変換領域を有する構成に比べ、さら
に単位フレネルレンズの境界が認識されにくくなり、均
一な照明光を得ることができる。
Similarly, a reflection / refractive prism forming the first conversion region is formed near the optical axis of the unit Fresnel lens, and a reflection / reflection prism forming the first conversion region is formed near the boundary. Thus, the traveling direction of the light from the light source can be effectively controlled. When such a configuration is adopted, since the unit Fresnel lens is composed of only the first conversion region, the boundary of the unit Fresnel lens is more difficult to recognize as compared with the configuration having the second conversion region, and uniform illumination light can be generated. Obtainable.

【0079】ここで、図10の結果から、上記の条件
(f=s/2、n=1.49)においては、屈折型プリ
ズムは光軸からの距離が0.2sの位置より内側に、反
射/反射型プリズムは光軸からの距離が0.2sの位置
より外側に形成することが望ましく、同様に、反射/屈
折型プリズムは光軸からの距離が0.2sの位置より内
側に、反射/反射型プリズムは光軸からの距離が0.2
sの位置より外側に形成することが望ましいことが分か
る。
Here, from the results of FIG. 10, under the above conditions (f = s / 2, n = 1.49), the refractive prism is located inside the position at a distance of 0.2 s from the optical axis. It is desirable that the reflection / reflection type prism is formed outside the position at a distance of 0.2 s from the optical axis, and similarly, the reflection / refraction type prism is formed inside the position at a distance from the optical axis of 0.2 s, The reflection / reflection type prism has a distance of 0.2 from the optical axis.
It can be seen that it is desirable to form it outside the position of s.

【0080】但し、それぞれのプリズムの配置は単位フ
レネルレンズの焦点距離f、光源間の距離s、およびフ
レネルレンズに形成されるプリズムの屈折率nに応じ
て、適宜設定され得る。特に、照射強度の均一性の観点
からは、fに対してsを小さくすることが好ましい。例
えば、上述したように、f=s/2、n=1.49の場
合には、光軸からの距離が0.2sの位置で区切ること
によって、照明光強度の最小値を最大値の60%程度と
することができるが(例えば図14および図17参照)
が、f>s/2とすることによって照明光の最小値をさ
らに大きくすることができる。逆に、f<s/2とする
と、最小値は最大値の60%以下となり、照明光の強度
分布が大きくなる。従って、照明光に許容される強度の
均一性に応じて、f、sおよびnのそれぞれの値を適宜
設定すればよい。
However, the arrangement of each prism can be appropriately set according to the focal length f of the unit Fresnel lens, the distance s between the light sources, and the refractive index n of the prism formed on the Fresnel lens. In particular, it is preferable to make s smaller than f from the viewpoint of uniformity of irradiation intensity. For example, as described above, when f = s / 2 and n = 1.49, the minimum value of the illumination light intensity is reduced to the maximum value of 60 by dividing the distance from the optical axis by 0.2 s. % (For example, see FIGS. 14 and 17).
However, by setting f> s / 2, the minimum value of the illumination light can be further increased. Conversely, when f <s / 2, the minimum value is 60% or less of the maximum value, and the intensity distribution of the illumination light becomes large. Therefore, the respective values of f, s, and n may be appropriately set according to the uniformity of the intensity allowed for the illumination light.

【0081】上述した照明装置は、液晶表示装置のバッ
クライトとして使用することができる。本発明による照
明装置は、指向性の高い照明光を照射する照明装置であ
るので、例えば、上述の特開平2−118518号公報
に記載されているような液晶表示装置のバックライトと
して用いることによって広視野角特性を実現することが
できる。
The above-described lighting device can be used as a backlight of a liquid crystal display device. Since the illumination device according to the present invention is an illumination device that emits illumination light having high directivity, it can be used, for example, as a backlight of a liquid crystal display device as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-118518. Wide viewing angle characteristics can be realized.

【0082】また、液晶表示装置に用いられる照明装置
は、偏光分離機能を有することによって、光の利用効率
を向上することができる。例えば、上述の照明装置の出
射面側に、液晶素子に照射する偏光を透過する一方この
偏光と直交する偏光を反射する偏光分離素子を設けるこ
とによって、偏光分離機能を備えた照明装置が得られ
る。このような偏光分離素子として、例えば、住友スリ
ーエム株式会社製のDBEFが挙げられる。
Further, the illumination device used in the liquid crystal display device has a polarization separation function, so that the light use efficiency can be improved. For example, an illumination device having a polarization separation function can be obtained by providing, on the emission surface side of the above-described illumination device, a polarization separation element that transmits polarized light applied to the liquid crystal element and reflects polarized light orthogonal to the polarized light. . As such a polarization separation element, for example, DBEF manufactured by Sumitomo 3M Limited is mentioned.

【0083】以下に、本発明による具体的な実施形態を
説明する。
Hereinafter, specific embodiments according to the present invention will be described.

【0084】図11に示す本発明による実施形態の液晶
表示装置100は、照明装置(バックライト)と、照明
装置110からの照明光を受ける液晶表示素子120
と、液晶表示素子120の観察者側に設けられた光拡散
素子130とを備えている。
A liquid crystal display device 100 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 11 includes a lighting device (backlight) and a liquid crystal display element 120 receiving illumination light from the lighting device 110.
And a light diffusing element 130 provided on the viewer side of the liquid crystal display element 120.

【0085】照明装置110は、等間隔に配置された複
数の線状光源111と、線状光源111の背面(液晶表
示素子120とは反対側)に設けれた反射シート112
と、フレネルレンズ113とを有している。
The illuminating device 110 includes a plurality of linear light sources 111 arranged at equal intervals, and a reflecting sheet 112 provided on the back of the linear light source 111 (on the side opposite to the liquid crystal display element 120).
And a Fresnel lens 113.

【0086】フレネルレンズ113は、複数の単位フレ
ネルレンズ113aを有し、1つの単位フレネルレンズ
113aが1つの線状光源111に対応するように配列
されており、それぞれの単位フレネルレンズ113a
は、線状光源111に平行に直線状に形成される。すな
わち、単位フレネルレンズ113aが有する複数のプリ
ズムの稜線は線状光源111に平行に延びている。それ
ぞれの線状光源111は、それぞれ対応する単位フレネ
ルレンズ113aの焦点(正確には焦線)近傍に配置さ
れており、線状光源111から出射された光線(拡散
光)は、単位フレネルレンズ113aによって進行方向
が制御され、正面方向に高指向性の照明光が照射され
る。反射シート112は線状光源111からの光をフレ
ネルレンズ113に向かって反射し、そのことによっ
て、光の利用効率が向上する。線状光源111の種類に
よっては、反射シート112を省略することができる。
The Fresnel lens 113 has a plurality of unit Fresnel lenses 113a, one unit Fresnel lens 113a is arranged so as to correspond to one linear light source 111, and each unit Fresnel lens 113a
Are formed linearly parallel to the linear light source 111. That is, the ridge lines of the plurality of prisms included in the unit Fresnel lens 113a extend in parallel with the linear light source 111. Each linear light source 111 is arranged near the focal point (correctly, a focal line) of the corresponding unit Fresnel lens 113a, and a light beam (diffused light) emitted from the linear light source 111 is output from the unit Fresnel lens 113a. Thus, the traveling direction is controlled, and illumination light having high directivity is emitted in the front direction. The reflection sheet 112 reflects the light from the linear light source 111 toward the Fresnel lens 113, thereby improving the light use efficiency. Depending on the type of the linear light source 111, the reflection sheet 112 can be omitted.

【0087】次に、図12を参照しながら、フレネルレ
ンズ113の構造と機能を説明する。
Next, the structure and function of the Fresnel lens 113 will be described with reference to FIG.

【0088】フレネルレンズ113は、光源111に近
い側の面(受光面)にプリズム面が形成されており、単
位フレネルレンズ113aに隣接する単位フレネルレン
ズ113aとの境界近傍には第1変換領域Mが形成され
ており、単位フレネルレンズ113aの光軸OXの近傍
には第2変換領域Sが形成されている。単位フレネルレ
ンズ113aの第1変換領域Mは反射/反射型プリズム
で構成されており、第2変換領域Sは屈折型プリズムで
構成されている。
The Fresnel lens 113 has a prism surface formed on a surface (light receiving surface) near the light source 111, and has a first conversion area M near a boundary between the unit Fresnel lens 113a and the unit Fresnel lens 113a adjacent to the unit Fresnel lens 113a. Are formed, and a second conversion region S is formed near the optical axis OX of the unit Fresnel lens 113a. The first conversion area M of the unit Fresnel lens 113a is configured by a reflection / reflection type prism, and the second conversion area S is configured by a refraction type prism.

【0089】反射/反射型プリズムは、上述した式
(7)および(8)に従って、第1プリズム面P1の第
1傾斜角θ1および第2プリズム面P2の傾斜角θ2をそ
れぞれ求めた。また、屈折型プリズムは、上述した式
(13)および(14)に従って、単位フレネルレンズ
113aの光軸OXに対して傾斜した面の傾斜角θを設
定した。
For the reflection / reflection type prism, the first inclination angle θ 1 of the first prism surface P1 and the inclination angle θ 2 of the second prism surface P2 were obtained in accordance with the above equations (7) and (8). In addition, in the refraction prism, the inclination angle θ of the surface inclined with respect to the optical axis OX of the unit Fresnel lens 113a is set in accordance with Expressions (13) and (14) described above.

【0090】本実施形態においては、単位フレネルレン
ズ113aの焦点距離fを19mmとした。また、照明
領域が400mm×300mmの照明装置110を構成
するために、線状光源111として発光長が400mm
の冷陰極管を互いに平行に8本配置し、隣接する冷陰極
管の間隔sを38mmとした。フレネルレンズ113の
材質として屈折率nが1.49のアクリル樹脂を用い、
熱プレス法で形成した。フレネルレンズ113には、8
個の単位フレネルレンズ113aが一体に形成されてい
る。また、単位フレネルレンズ113aの光軸OXから
の距離xが0.2s、すなわち7.6mmの位置より光
軸OXに近い側に第2変換領域S(屈折型プリズム)を
形成し、遠い側に第1変換領域M(反射/反射型プリズ
ム)を形成した。
In the present embodiment, the focal length f of the unit Fresnel lens 113a is set to 19 mm. Further, in order to configure the illumination device 110 having an illumination area of 400 mm × 300 mm, the linear light source 111 has an emission length of 400 mm.
Were arranged in parallel with each other, and the interval s between adjacent cold cathode tubes was 38 mm. An acrylic resin having a refractive index n of 1.49 is used as the material of the Fresnel lens 113,
It was formed by a hot press method. The Fresnel lens 113 has 8
The unit Fresnel lenses 113a are integrally formed. Further, the second conversion region S (refractive prism) is formed on the side closer to the optical axis OX than the position x where the distance x of the unit Fresnel lens 113a from the optical axis OX is 0.2 s, that is, 7.6 mm. A first conversion region M (reflection / reflection type prism) was formed.

【0091】照明装置110は、上述したように、単位
フレネルレンズ113aの光軸OXの近傍に屈折型プリ
ズムが形成されており、隣接する単位フレネルレンズ1
13aとの境界近傍に反射/反射型プリズムが形成され
ているので、線状光源111からの光線の進行方向を効
果的に正面方向に変換することができるとともに、単位
フレネルレンズ内で照明光の強度の変化が小さい。すな
わち、隣接する光源111からの光線と対応する光源1
11からの光線とが第1変換領域で効果的に正面方向に
向けられるので、隣接する光源111の輝度および/ま
たは色調などが互いに異なっていても、照明装置110
から出射される照明光の輝度および/または色調の変化
は滑らかであり、単位フレネルレンズ113aの境界が
観察されることがない。
As described above, the illumination device 110 has the refraction prism formed near the optical axis OX of the unit Fresnel lens 113a.
Since the reflection / reflection type prism is formed in the vicinity of the boundary with 13a, the traveling direction of the light beam from the linear light source 111 can be effectively converted to the front direction, and the illumination light in the unit Fresnel lens can be converted. The change in intensity is small. That is, the light source 1 corresponding to the light beam from the adjacent light source 111
11 is effectively directed in the front direction in the first conversion region, so that even if the brightness and / or the color tone of the adjacent light sources 111 are different from each other, the lighting device 110
The change of the brightness and / or color tone of the illumination light emitted from is smooth, and the boundary of the unit Fresnel lens 113a is not observed.

【0092】照明装置110の照明光の指向性を図13
に示し、単位フレネルレンズ113a内の照明光の強度
の変化を図14に示す。図13は、単位フレネルレンズ
113aの光軸OXの位置で出射する照明光の強度の出
射角依存性を示す。また、図14は、単位フレネルレン
ズ113aの光軸OXと平行な方向に出射する照明光の
強度の光軸OXからの距離に対する依存性を示す。
FIG. 13 shows the directivity of the illumination light of the illumination device 110.
FIG. 14 shows the change in the intensity of the illumination light in the unit Fresnel lens 113a. FIG. 13 shows the emission angle dependence of the intensity of the illumination light emitted at the position of the optical axis OX of the unit Fresnel lens 113a. FIG. 14 shows the dependence of the intensity of illumination light emitted in a direction parallel to the optical axis OX of the unit Fresnel lens 113a on the distance from the optical axis OX.

【0093】図13から分かるように、照明装置110
の照明光は正面方向(単位フレネルレンズ113aの光
軸に平行=出射角度0°)において最大強度を示し、そ
の半値幅は全角で±5°程度と非常に高指向性である。
また、図14から分かるように、単位フレネルレンズ1
13a内の照明光の強度は光軸OXにおいて最大値を取
るが、単位フレネルレンズ113aの全範囲において、
最大値の60%以上の強度が得られている。
As can be seen from FIG.
Has the maximum intensity in the front direction (parallel to the optical axis of the unit Fresnel lens 113a = emission angle 0 °), and has a half value width of about ± 5 ° in full angle, which is extremely high directivity.
As can be seen from FIG. 14, the unit Fresnel lens 1
Although the intensity of the illumination light within 13a takes the maximum value on the optical axis OX, in the entire range of the unit Fresnel lens 113a,
An intensity of 60% or more of the maximum value is obtained.

【0094】図12に示した照明装置110に代えて、
図15に示す照明装置210を用いてもよい。
Instead of the lighting device 110 shown in FIG.
The lighting device 210 shown in FIG. 15 may be used.

【0095】照明装置210は、フレネルレンズ213
が有する単位フレネルレンズ213aの構造および機能
が単位フレネルレンズ113aと異なる以外は、照明装
置110と実質的に同じなので、共通する構成要素を同
じ参照符号で示し、その説明をここでは省略する。
The illumination device 210 includes a Fresnel lens 213
Since the unit Fresnel lens 213a has substantially the same structure and function as the unit Fresnel lens 113a except for the unit Fresnel lens 113a, common components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted here.

【0096】フレネルレンズ213は、複数の単位フレ
ネルレンズ213aを有し、1つの単位フレネルレンズ
213aが1つの線状光源111に対応するように配列
されており、それぞれの単位フレネルレンズ213a
は、線状光源111に平行に直線状に形成されている。
すなわち、単位フレネルレンズ213aが有する複数の
プリズムの稜線は線状光源111に平行に延びている。
それぞれの線状光源111は、それぞれ対応する単位フ
レネルレンズ213aの焦点(正確には焦線)近傍に配
置されており、線状光源111から出射された光線(拡
散光)は、単位フレネルレンズ213aによって進行方
向が制御され、正面方向に高指向性の照明光が照射され
る。
The Fresnel lens 213 has a plurality of unit Fresnel lenses 213a, one unit Fresnel lens 213a is arranged so as to correspond to one linear light source 111, and each unit Fresnel lens 213a
Are linearly formed in parallel with the linear light source 111.
That is, the ridge lines of the plurality of prisms included in the unit Fresnel lens 213a extend in parallel with the linear light source 111.
Each linear light source 111 is arranged near the focal point (correctly, a focal line) of the corresponding unit Fresnel lens 213a, and a light beam (diffused light) emitted from the linear light source 111 is emitted from the unit Fresnel lens 213a. Thus, the traveling direction is controlled, and illumination light having high directivity is emitted in the front direction.

【0097】フレネルレンズ213においては、光源1
11に近い側の面(受光面)にプリズム面が形成されて
おり、単位フレネルレンズ213aのすべての領域に亘
って第1変換領域Mが形成されている。単位フレネルレ
ンズ213aの光軸OXの近傍には第1変換領域M1が
形成されており、単位フレネルレンズ213aに隣接す
る単位フレネルレンズ213aとの境界近傍には第1変
換領域M2が形成されている。第1変換領域M1は反射
/屈折型プリズムで構成されており、第1変換領域M2
は反射/反射型プリズムで構成されている。
In the Fresnel lens 213, the light source 1
A prism surface is formed on a surface (light receiving surface) closer to 11 and a first conversion region M is formed over the entire region of the unit Fresnel lens 213a. A first conversion region M1 is formed near the optical axis OX of the unit Fresnel lens 213a, and a first conversion region M2 is formed near a boundary between the unit Fresnel lens 213a and the unit Fresnel lens 213a. . The first conversion region M1 is configured by a reflection / refraction prism, and the first conversion region M2
Is constituted by a reflection / reflection type prism.

【0098】ここで、第1変換領域M1を構成する反射
/屈折型プリズムのプリズム面を第1プリズム面および
第2プリズム面とし、隣接する光源から第1変換領域M
1に入射した光線は、第2プリズム面において屈折され
たあと第1プリズム面によって反射されることによって
所定の方向に向けられ、且つ、対応する光源から第1変
換領域M1に入射した光線は、第1プリズム面において
屈折させることによって所定の方向に向けられるとす
る。
Here, the prism surfaces of the reflection / refraction type prism forming the first conversion region M1 are defined as a first prism surface and a second prism surface, and the first conversion region M1 is supplied from an adjacent light source.
The light beam incident on the first prism surface is directed in a predetermined direction by being reflected by the first prism surface after being refracted on the second prism surface, and the light beam incident on the first conversion region M1 from the corresponding light source is: It is assumed that the light is directed in a predetermined direction by being refracted on the first prism surface.

【0099】また、第1変換領域M2を構成する反射/
反射型プリズムのプリズム面を第3プリズム面および第
4プリズム面とし、隣接する光源から第1変換領域M2
に入射した光線は、第4プリズム面において屈折された
あと第3プリズム面によって反射されることによって所
定の方向に向けられ、且つ、対応する光源から第1変換
領域M2に入射した光線は、第3プリズム面において屈
折されたあと第4プリズム面で反射されることによって
所定の方向に向けられるとする。
Further, the reflection / constitution forming the first conversion region M2
The prism surfaces of the reflective prism are the third prism surface and the fourth prism surface, and the first conversion region M2
Are incident on the first conversion area M2 from the corresponding light source by being reflected by the third prism surface after being refracted on the fourth prism surface and reflected by the third prism surface. It is assumed that the light is directed in a predetermined direction by being refracted on the third prism surface and then reflected on the fourth prism surface.

【0100】上述の様に定義された第1、第2、第3お
よび第4プリズム面が単位フレネルレンズ213aの光
軸OXに対して形成する角をそれぞれθ1、θ2、θ3
よびθ4とし、上述の式(9)〜(12)を満足するよ
うに、それぞれの角度を設定した。
The angles formed by the first, second, third and fourth prism surfaces defined above with respect to the optical axis OX of the unit Fresnel lens 213a are θ 1 , θ 2 , θ 3 and θ, respectively. 4 and then, so as to satisfy the above equation (9) to (12) were set each angle.

【0101】なお、本実施形態においても、単位フレネ
ルレンズ213aの焦点距離fを19mmとした。ま
た、照明領域が400mm×300mmの照明装置21
0を構成するために、線状光源111として発光長が4
00mmの冷陰極管を互いに平行に8本配置し、隣接す
る冷陰極管の間隔sを38mmとした。フレネルレンズ
213の材質として屈折率nが1.49のアクリル樹脂
を用い、熱プレス法で形成した。フレネルレンズ213
には、8個の単位フレネルレンズ213aが一体に形成
されている。また、単位フレネルレンズ213aの光軸
OXからの距離xが0.2s、すなわち7.6mmの位
置より光軸OXに近い側に第1変換領域M1(反射/屈
折型プリズム)を形成し、遠い側に第1変換領域M2
(反射/反射型プリズム)を形成した。
Note that, also in the present embodiment, the focal length f of the unit Fresnel lens 213a is set to 19 mm. In addition, an illumination device 21 having an illumination area of 400 mm × 300 mm.
In order to configure 0, the light emission length of the linear light source 111 is 4
Eight cold cathode tubes of 00 mm were arranged in parallel with each other, and the interval s between adjacent cold cathode tubes was 38 mm. The Fresnel lens 213 was formed by a hot press method using an acrylic resin having a refractive index n of 1.49. Fresnel lens 213
Is integrally formed with eight unit Fresnel lenses 213a. Further, the first conversion region M1 (reflection / refraction type prism) is formed closer to the optical axis OX than the position x where the distance x of the unit Fresnel lens 213a from the optical axis OX is 0.2 s, that is, 7.6 mm. The first conversion area M2 on the side
(Reflection / reflection type prism) was formed.

【0102】照明装置210は、上述したように、単位
フレネルレンズ113aの光軸OXの近傍に反射/屈折
型プリズムが形成されており、隣接する単位フレネルレ
ンズ213aとの境界近傍に反射/反射型プリズムが形
成されているので、線状光源111からの光線の進行方
向を効果的に正面方向に変換することができるととも
に、単位フレネルレンズ内で照明光の強度の変化が小さ
い。すなわち、隣接する光源111からの光線と対応す
る光源111からの光線とが第1変換領域M(M1およ
びM2)で効果的に正面方向に向けられるので、隣接す
る光源111の輝度および/または色調などが互いに異
なっていても、照明装置210から出射される照明光の
輝度および/または色調の変化は滑らかであり、単位フ
レネルレンズ213aの境界が観察されることがない。
As described above, the illumination device 210 has the reflection / refractive prism formed near the optical axis OX of the unit Fresnel lens 113a, and the reflection / reflection type prism is formed near the boundary with the adjacent unit Fresnel lens 213a. Since the prism is formed, the traveling direction of the light beam from the linear light source 111 can be effectively converted to the front direction, and the change in the intensity of the illumination light within the unit Fresnel lens is small. That is, since the light from the adjacent light source 111 and the light from the corresponding light source 111 are effectively directed in the front direction in the first conversion area M (M1 and M2), the brightness and / or color tone of the adjacent light source 111 Even if they are different from each other, the change in luminance and / or color tone of the illumination light emitted from the illumination device 210 is smooth, and the boundary of the unit Fresnel lens 213a is not observed.

【0103】照明装置210の照明光の指向性を図16
に示し、単位フレネルレンズ213a内の照明光の強度
の変化を図17に示す。図16および図17は、図13
および図14にそれぞれ対応する。
FIG. 16 shows the directivity of the illumination light of the illumination device 210.
FIG. 17 shows the change in the intensity of the illumination light in the unit Fresnel lens 213a. FIG. 16 and FIG.
14 and FIG.

【0104】図16から分かるように、照明装置210
の照明光は正面方向(単位フレネルレンズ213aの光
軸に平行=出射角度0°)において最大強度を示し、そ
の半値幅は全角で±5°程度と非常に高指向性である。
また、図17から分かるように、単位フレネルレンズ2
13a内の照明光の強度は光軸OXにおいて最大値を取
るが、単位フレネルレンズ213aの全範囲において、
最大値の60%以上の強度が得られている。
As can be seen from FIG.
Has the maximum intensity in the front direction (parallel to the optical axis of the unit Fresnel lens 213a = emission angle 0 °), and has a half value width of about ± 5 ° in full angle, which is extremely high directivity.
Also, as can be seen from FIG. 17, the unit Fresnel lens 2
Although the intensity of the illumination light within 13a takes the maximum value on the optical axis OX, in the entire range of the unit Fresnel lens 213a,
An intensity of 60% or more of the maximum value is obtained.

【0105】本実施形態の液晶表示装置100は、照明
装置110を備えるので、従来よりも広い視角範囲でコ
ントラスト比、中間調輝度、色調などの変化が少ない画
像を提供することができる。
Since the liquid crystal display device 100 of the present embodiment includes the illumination device 110, it is possible to provide an image with a small change in contrast ratio, halftone luminance, color tone, etc. in a wider viewing angle range than before.

【0106】図11に示したように、液晶表示装置10
0が有する液晶表示素子120は、照明装置110から
の高指向性の照明光を受ける。すなわち、液晶表示素子
120には、その表示面法線方向に高い指向性を持った
照明光が照明装置110から照射される。液晶表示素子
120は、照明装置110から照射された光を画素毎に
表示信号に応じて変調することによって、光の透過率
(輝度)を制御する。液晶表示素子120を透過した指
向性の高い光は、光拡散素子130によって拡散され
る。観察者が観察する画像は、液晶表示素子120の法
線方向から入射し法線方向に透過した光によって形成さ
れているので、広い視角範囲において、コントラスト
比、中間調輝度、色調などの変化が少ない。
As shown in FIG. 11, the liquid crystal display device 10
The liquid crystal display element 120 of 0 receives illumination light of high directivity from the illumination device 110. That is, the illuminating device 110 irradiates the liquid crystal display element 120 with illumination light having high directivity in the normal direction of the display surface. The liquid crystal display element 120 controls the light transmittance (luminance) by modulating the light emitted from the lighting device 110 for each pixel according to a display signal. The highly directional light transmitted through the liquid crystal display element 120 is diffused by the light diffusion element 130. Since the image observed by the observer is formed by light incident from the normal direction of the liquid crystal display element 120 and transmitted in the normal direction, changes in contrast ratio, halftone luminance, color tone, and the like in a wide viewing angle range. Few.

【0107】光拡散素子130として、レンチキュラー
レンズフィルムを適用した液晶表示装置100のコント
ラスト比の視角による変化を図18に示す。ここでは、
図11中に模式的に示した光拡散素子130のように凸
部(ピッチ55μm、高さ20μm)を有するレンチキ
ュラーレンズフィルムを用いた。
FIG. 18 shows a change in the contrast ratio of the liquid crystal display device 100 to which the lenticular lens film is applied as the light diffusing element 130 depending on the viewing angle. here,
A lenticular lens film having convex portions (pitch: 55 μm, height: 20 μm) like the light diffusion element 130 schematically shown in FIG. 11 was used.

【0108】図18から明らかなように、一般的な従来
の液晶表示装置(例えば、従来の低指向性の照明装置を
備えるTNモードの液晶表示装置)は視角によるコント
ラスト比の変化が急激であるのに対して、本実施形態に
よる照明装置を備える液晶表示装置100のコントラス
ト比の変化は緩和されていることがわかる。また、照明
装置110に代えて照明装置210を用いても、液晶表
示装置100とほぼ同様に、従来の液晶表示装置よりも
視角特性に優れた表示特性が実現される。
As is clear from FIG. 18, a general conventional liquid crystal display device (for example, a TN mode liquid crystal display device having a conventional low directivity illumination device) has a sharp change in contrast ratio depending on the viewing angle. In contrast, it can be seen that the change in the contrast ratio of the liquid crystal display device 100 including the lighting device according to the present embodiment is reduced. Further, even when the lighting device 210 is used instead of the lighting device 110, display characteristics that are more excellent in viewing angle characteristics than the conventional liquid crystal display device are realized, similarly to the liquid crystal display device 100.

【0109】なお、フレネルレンズ113を構成する単
位フレネルレンズ113aにおいて、光源111からの
光線の進行方向を効果的に制御するために、第1変換領
域Mおよび第2変換領域Sを形成する位置(xの大き
さ)は、単位フレネルレンズ113aの焦点距離f、隣
接する光源111間の距離sおよびプリズムの屈折率n
によって変化するため、これらの値に応じて適宜設定さ
れる。また、フレネルレンズ213を構成する単位フレ
ネルレンズ213aにおける第1変換領域M1およびM
2を形成する位置も、単位フレネルレンズ213aの焦
点距離f、隣接する光源111間の距離sおよびプリズ
ムの屈折率nによって変化するため、これらの値に応じ
て適宜設定される。
In the unit Fresnel lens 113a constituting the Fresnel lens 113, the positions where the first conversion region M and the second conversion region S are formed in order to effectively control the traveling direction of the light beam from the light source 111 (FIG. x) is the focal length f of the unit Fresnel lens 113a, the distance s between the adjacent light sources 111, and the refractive index n of the prism.
Therefore, it is set appropriately according to these values. Further, the first conversion regions M1 and M1 in the unit Fresnel lens 213a constituting the Fresnel lens 213
The position where 2 is formed also changes depending on the focal length f of the unit Fresnel lens 213a, the distance s between the adjacent light sources 111, and the refractive index n of the prism, and thus is appropriately set according to these values.

【0110】単位フレネルレンズに形成されるプリズム
は、例示したプリズムに限らず、少なくとも、対応する
光源からの光線の進行方向を制御して出射させるととも
に、隣接する光源からの光線の進行方向を制御して出射
させるプリズムを設ければよい。但し、単位フレネルレ
ンズ113aの様に、対応する光源111からの光線の
進行方向をだけを制御して出射させるプリズム(単位フ
レネルレンズ113aにおいては屈折型プリズム)を設
ける場合には、単位フレネルレンズの光軸OXの近傍に
設けることが好ましい。また、単位フレネルレンズ21
3aの様に、単位フレネルレンズの全体に亘って、対応
する光源からの光線の進行方向を制御して出射させると
ともに、隣接する光源からの光線の進行方向を制御して
出射させるプリズムを設ける場合には、単位フレネルレ
ンズの光軸OXの近傍には反射/屈折型プリズムを設
け、隣接する単位フレネルレンズとの境界近傍には反射
/反射型プリズムを設けることが好ましい。なお、反射
/屈折型プリズムに代えて、屈折/屈折型プリズムを用
いることもできる。但し、屈折/屈折型プリズムを用い
る場合は、単位フレネルレンズの焦点距離fが隣接光源
管距離sよりも大きいことが好ましい。屈折/屈折型プ
リズムは、上述の式(1)および(2)に基づいて設計
される。
The prism formed in the unit Fresnel lens is not limited to the prism illustrated above, and at least the traveling direction of the light beam from the corresponding light source is controlled and emitted, and the traveling direction of the light beam from the adjacent light source is controlled. And a prism for emitting light. However, when a prism (a refraction prism in the unit Fresnel lens 113a) that controls and emits only the traveling direction of the light beam from the corresponding light source 111 is provided like the unit Fresnel lens 113a, Preferably, it is provided near the optical axis OX. The unit Fresnel lens 21
As shown in 3a, when a prism is provided to control and emit the light traveling from the corresponding light source over the entire unit Fresnel lens and emit the light while controlling the traveling direction of the light from the adjacent light source. It is preferable to provide a reflection / reflection type prism near the optical axis OX of the unit Fresnel lens and a reflection / reflection type prism near the boundary between adjacent unit Fresnel lenses. Note that a refraction / refraction prism can be used instead of the reflection / refraction prism. However, when a refraction / refraction type prism is used, it is preferable that the focal length f of the unit Fresnel lens is larger than the adjacent light source tube distance s. Refraction / refraction prisms are designed based on equations (1) and (2) above.

【0111】フレネルレンズは、アクリル樹脂に限られ
ず、公知の様々な透明材料を用いて形成され得る。但
し、アクリル樹脂などの透明樹脂は、上述した熱プレス
成形法のほかに、射出成形法や押出し成形法などの方法
によって簡便に製造でき、且つ、安価で軽量であるので
好ましい。
The Fresnel lens is not limited to an acrylic resin, and can be formed using various known transparent materials. However, a transparent resin such as an acrylic resin is preferable because it can be easily manufactured by a method such as an injection molding method or an extrusion molding method in addition to the hot press molding method described above, and is inexpensive and lightweight.

【0112】フレネルレンズの代わりに、他の光学素子
を用いることも可能できる。例えば、光の回折によって
進行方向を制御するホログラム素子に代表される回折素
子を利用することができる。また、反射シート112と
しては、本実施形態では平面鏡を例示したが、例えば曲
面鏡を用いることもできる。
Other optical elements can be used in place of the Fresnel lens. For example, a diffraction element represented by a hologram element that controls the traveling direction by light diffraction can be used. Further, as the reflection sheet 112, a plane mirror is illustrated in the present embodiment, but a curved mirror may be used, for example.

【0113】液晶表示素子120の観察者側に設けられ
る光拡散素子130としては、例示したレンチキュラー
レンズフィルムに限られず、光を拡散するように種々の
形状に加工した光学フィルムや、内部に光を散乱する粒
子を分散させた散乱フィルムなどを用いることができ
る。また、光拡散素子が一体に形成された(例えば、液
晶層を挟持する一対の基板の内の観察者側に配置される
基板と一体に形成された)液晶表示素子を用いることも
できる。
The light diffusing element 130 provided on the viewer side of the liquid crystal display element 120 is not limited to the exemplified lenticular lens film, but may be an optical film processed into various shapes so as to diffuse light, or a light diffusing element. A scattering film or the like in which scattering particles are dispersed can be used. Further, a liquid crystal display element in which the light diffusing element is formed integrally (for example, formed integrally with a substrate arranged on the viewer side among a pair of substrates sandwiching the liquid crystal layer) can be used.

【0114】さらに、液晶表示装置用の照明装置として
用いる場合には、光の利用効率を向上するために、照明
装置の光出射側に特定の偏光を選択的に透過する偏光分
離素子を設けてもよい。偏光分離素子としては、例え
ば、住友スリーエム株式会社製のDBEFを利用するこ
とができる。
Further, when used as a lighting device for a liquid crystal display device, a polarizing beam splitter for selectively transmitting specific polarized light is provided on the light emitting side of the lighting device in order to improve the light use efficiency. Is also good. As the polarization separating element, for example, DBEF manufactured by Sumitomo 3M Limited can be used.

【0115】[0115]

【発明の効果】本発明によると、高い指向性を有すると
ともに均一な強度分布の照明光を照射する照明装置が提
供される。さらに、本発明による照明装置を用いること
によって、広視野角特性の表示装置を提供することがで
きる。本発明による照明装置は、特に、液晶表示装置の
広視野角化に有効であるが、他の表示装置にも適用する
ことができる。さらに、本発明の照明装置は、複数の光
源を用いて均一で且つ嗜好性の高い照明光を得ることが
できるので、大きなサイズの表示装置に好適に用いられ
る。
According to the present invention, there is provided an illuminating device having high directivity and emitting illumination light having a uniform intensity distribution. Furthermore, by using the lighting device according to the present invention, a display device having a wide viewing angle characteristic can be provided. The lighting device according to the present invention is particularly effective for widening the viewing angle of a liquid crystal display device, but can be applied to other display devices. Further, the illumination device of the present invention can obtain uniform and highly-preferred illumination light using a plurality of light sources, and thus is suitably used for a large-sized display device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による実施形態の照明装置10の構造を
模式的に示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a lighting device 10 according to an embodiment of the present invention.

【図2】フレネルレンズを用いて構成された光線方向変
換素子を備える照明装置20の構造を模式的に示す断面
図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of an illumination device 20 including a light beam direction changing element configured using a Fresnel lens.

【図3】(a)は、照明装置20が有する単位フレネル
レンズ22aの構造を示す模式図であり、(b)はその
変形例である単位フレネルレンズ22’aの構造を示す
模式図である。
FIG. 3A is a schematic diagram illustrating a structure of a unit Fresnel lens 22a included in the lighting device 20, and FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a structure of a unit Fresnel lens 22′a that is a modification example thereof. .

【図4】本発明による実施形態の他の照明装置30の構
造を模式的に示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a structure of another lighting device 30 according to the embodiment of the present invention.

【図5】照明装置30が有する単位フレネルレンズ32
aの構造を示す模式図である。
FIG. 5 shows a unit Fresnel lens 32 included in the lighting device 30;
It is a schematic diagram which shows the structure of a.

【図6】本発明による実施形態の他の照明装置40の構
造を模式的に示す図である。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a structure of another illumination device 40 according to the embodiment of the present invention.

【図7】照明装置40が有する単位フレネルレンズ42
aの構造を示す模式図である。
FIG. 7 shows a unit Fresnel lens 42 included in the illumination device 40.
It is a schematic diagram which shows the structure of a.

【図8】(a)は、照明装置10のフレネルレンズ12
が有する単位フレネルレンズ12aの第2変換領域Sの
構造を示す模式図であり、(b)はその変形例である単
位フレネルレンズ12’aの第2変換領域Sの構造を示
す模式図である。
FIG. 8A shows a Fresnel lens 12 of the illumination device 10;
FIG. 4 is a schematic diagram showing a structure of a second conversion region S of a unit Fresnel lens 12a included in (a), and (b) is a schematic diagram showing a structure of a second conversion region S of a unit Fresnel lens 12′a which is a modified example thereof. .

【図9】屈折型プリズム、反射/屈折型プリズムおよび
反射/反射型プリズムをそれぞれを備えるフレネルレン
ズを用いた照明装置の照明光の指向性を示すグラフであ
る。
FIG. 9 is a graph showing the directivity of illumination light of an illumination device using a Fresnel lens including a refractive prism, a reflective / refractive prism, and a reflective / reflective prism.

【図10】図9示した照明光が得られた照明装置に用い
られた屈折型プリズム、反射/屈折型プリズムおよび反
射/反射型プリズムを備えるフレネルレンズのそれぞれ
の単位フレネルレンズ内の照明光の強度変化を示すグラ
フである。
FIG. 10 shows the relationship between the illumination light in the unit Fresnel lens of the refraction prism, the reflection / refraction prism, and the Fresnel lens including the reflection / reflection prism used in the illumination device from which the illumination light shown in FIG. 9 was obtained. It is a graph which shows intensity change.

【図11】本発明による実施形態の液晶表示装置100
の構成を示す模式図である。
FIG. 11 is a liquid crystal display device 100 according to an embodiment of the present invention.
It is a schematic diagram which shows the structure of.

【図12】液晶表示装置100が有する照明装置110
の構成を示す模式図である。
FIG. 12 shows a lighting device 110 included in the liquid crystal display device 100.
It is a schematic diagram which shows the structure of.

【図13】照明装置110からの照明光の指向性を示す
グラフである。
FIG. 13 is a graph showing the directivity of illumination light from the illumination device 110.

【図14】照明装置110が有する単位フレネルレンズ
113a内の照明光の強度変化を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing a change in intensity of illumination light in a unit Fresnel lens 113a included in the illumination device 110.

【図15】液晶表示装置100に用いられる他の照明装
置210の構成を示す模式図である。
FIG. 15 is a schematic diagram showing a configuration of another illumination device 210 used in the liquid crystal display device 100.

【図16】照明装置210からの照明光の指向性を示す
グラフである。
FIG. 16 is a graph showing the directivity of illumination light from the illumination device 210.

【図17】照明装置210が有する単位フレネルレンズ
213a内の照明光の強度変化を示すグラフである。
FIG. 17 is a graph showing a change in intensity of illumination light in a unit Fresnel lens 213a included in the illumination device 210.

【図18】液晶表示装置100のコントラスト比の視角
による変化を示すグラフである。
FIG. 18 is a graph showing a change in contrast ratio of the liquid crystal display device 100 depending on a viewing angle.

【図19】フレネルレンズを備える照明装置を用いた従
来の液晶表示装置300を模式的に示す図である。
FIG. 19 is a diagram schematically showing a conventional liquid crystal display device 300 using an illumination device provided with a Fresnel lens.

【図20】従来のフレネルレンズを説明するための模式
図である。
FIG. 20 is a schematic diagram for explaining a conventional Fresnel lens.

【図21】全内面反射(TIR)レンズを備える従来の
照明装置410を模式的に示す図である。
FIG. 21 is a diagram schematically illustrating a conventional lighting device 410 including a total internal reflection (TIR) lens.

【図22】従来のフレネルレンズを用いて構成した照明
装置の問題点を説明するための図である。
FIG. 22 is a diagram for explaining a problem of a lighting device configured using a conventional Fresnel lens.

【図23】従来の全内面反射(TIR)レンズを用いて
構成した照明装置の問題点を説明するための図である。
FIG. 23 is a diagram for explaining a problem of a lighting device configured using a conventional total internal reflection (TIR) lens.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、20、30、40、110、210 照明装置 11 光源装置 11a 光源 12、22、32、42 フレネルレンズ 12a、12b、12c、22a、32a、42a 単
位フレネルレンズ 111 線状光源 112 反射シート 113、213 フレネルレンズ 113a、213a 単位フレネルレンズ 120 液晶表示素子 130 光拡散素子 213 フレネルレンズ 220 液晶表示素子 230 光拡散手段 300 液晶表示装置 310、410 照明装置 311、311’ 光源 312 球面鏡 311’ 光源 313、313’ フレネルレンズ 313’a 単位フレネルレンズ 320 液晶表示素子 330 光拡散素子 411、411’ 光源 412、412’ 全内面反射(TIR)レンズ 412’a 単位全内面反射(TIR)レンズ
10, 20, 30, 40, 110, 210 Illuminating device 11 Light source device 11a Light source 12, 22, 32, 42 Fresnel lens 12a, 12b, 12c, 22a, 32a, 42a Unit Fresnel lens 111 Linear light source 112 Reflecting sheet 113, 213 Fresnel lens 113a, 213a Unit Fresnel lens 120 Liquid crystal display element 130 Light diffusion element 213 Fresnel lens 220 Liquid crystal display element 230 Light diffusion means 300 Liquid crystal display apparatus 310, 410 Illumination apparatus 311 311 'Light source 312 Spherical mirror 311' Light source 313, 313 'Fresnel lens 313'a Unit Fresnel lens 320 Liquid crystal display element 330 Light diffusing element 411, 411' Light source 412, 412 'Total internal reflection (TIR) lens 412'a Unit total internal reflection (TIR) lens

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02B 5/18 G02B 5/18 5/32 5/32 G02F 1/1335 G02F 1/1335 1/13357 1/13357 // F21Y 101:02 F21Y 101:02 103:00 103:00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G02B 5/18 G02B 5/18 5/32 5/32 G02F 1/1335 G02F 1/1335 1/13357 1 / 13357 // F21Y 101: 02 F21Y 101: 02 103: 00 103: 00

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の光源と、前記複数の光源から出射
された光線の進行方向を所定の方向に向ける光線方向変
換素子と、を備える照明装置であって、 前記光線方向変換素子は、それぞれが、前記複数の光源
のそれぞれに対応して設けられた複数の単位変換素子を
有し、前記複数の光源のそれぞれは、前記複数の単位変
換素子の内の対応する単位変換素子の光軸上に配置され
ており、 前記複数の単位変換素子のそれぞれは、前記複数の光源
の内の対応する光源から入射した光線と、前記対応する
光源以外の少なくとも1つの光源から入射した光線と
を、前記所定の方向に向ける第1変換領域を有する、照
明装置。
1. An illumination device comprising: a plurality of light sources; and a light beam direction changing element for directing a traveling direction of a light beam emitted from the plurality of light sources to a predetermined direction. Has a plurality of unit conversion elements provided corresponding to each of the plurality of light sources, and each of the plurality of light sources is on an optical axis of a corresponding one of the plurality of unit conversion elements. Each of the plurality of unit conversion elements, a light ray incident from a corresponding light source among the plurality of light sources, and a light ray incident from at least one light source other than the corresponding light source, An illumination device having a first conversion area oriented in a predetermined direction.
【請求項2】 前記第1変換領域は、前記対応する光源
からの光線と、前記対応する光源に隣接する少なくとも
1つの光源から入射した光線とを、前記所定の方向に向
ける、請求項1に記載の照明装置。
2. The method according to claim 1, wherein the first conversion area directs a light ray from the corresponding light source and a light ray incident from at least one light source adjacent to the corresponding light source in the predetermined direction. The lighting device according to any one of the preceding claims.
【請求項3】 前記複数の単位変換素子のそれぞれは、
前記第1変換領域のみから構成されている、請求項1ま
たは2に記載の照明装置。
3. Each of the plurality of unit conversion elements,
The lighting device according to claim 1, wherein the lighting device includes only the first conversion region.
【請求項4】 前記複数の単位変換素子のそれぞれは、
前記対応する光源から入射した光線だけを前記所定の方
向に向ける第2変換領域をさらに有する、請求項1また
は2に記載の照明装置。
4. Each of the plurality of unit conversion elements includes:
The lighting device according to claim 1, further comprising a second conversion region that directs only light rays incident from the corresponding light source in the predetermined direction.
【請求項5】 前記第2変換領域は、前記第1変換領域
よりも前記単位変換素子の光軸に近い位置に設けられて
いる、請求項4に記載の照明装置。
5. The lighting device according to claim 4, wherein the second conversion area is provided at a position closer to an optical axis of the unit conversion element than the first conversion area.
【請求項6】 前記光線方向変換素子はフレネルレンズ
であって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは単位フ
レネルレンズである、請求項1から5のいずれかに記載
の照明装置。
6. The lighting device according to claim 1, wherein the light beam direction conversion element is a Fresnel lens, and each of the plurality of unit conversion elements is a unit Fresnel lens.
【請求項7】 前記光線方向変換素子はホログラフィッ
ク素子であり、前記複数の単位変換素子のそれぞれは単
位ホログラフィック素子である、請求項1から5のいず
れかに記載の照明装置。
7. The lighting device according to claim 1, wherein the light beam direction conversion element is a holographic element, and each of the plurality of unit conversion elements is a unit holographic element.
【請求項8】 前記光線方向変換素子は回折素子であ
り、前記複数の単位変換素子のそれぞれは単位回折素子
である、請求項1から5のいずれかに記載の照明装置。
8. The illumination device according to claim 1, wherein the light beam direction conversion element is a diffraction element, and each of the plurality of unit conversion elements is a unit diffraction element.
【請求項9】 前記光線方向変換素子はフレネルレンズ
であって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複数
のプリズム面を有する単位フレネルレンズであり、 前記複数のプリズム面は、前記第1変換領域に、前記単
位フレネルレンズの光軸に対して傾斜した第1および第
2プリズム面を有し、 前記少なくとも1つの隣接する光源から前記第1変換領
域に入射した光線の少なくとも一部は、前記第1プリズ
ム面において屈折されることによって前記所定の方向に
向けられ、 前記対応する光源から前記第1変換領域に入射した光線
の少なくとも一部は、前記第2プリズム面において屈折
されることによって前記所定の方向に向けられる、請求
項2に記載の照明装置。
9. The light beam direction conversion element is a Fresnel lens, each of the plurality of unit conversion elements is a unit Fresnel lens having a plurality of prism surfaces, and the plurality of prism surfaces is the first conversion surface. The region has first and second prism surfaces inclined with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens, and at least a part of light rays incident on the first conversion region from the at least one adjacent light source are The light is directed in the predetermined direction by being refracted on the first prism surface, and at least a part of the light beam incident on the first conversion region from the corresponding light source is refracted on the second prism surface. The lighting device according to claim 2, wherein the lighting device is oriented in a predetermined direction.
【請求項10】 前記複数のプリズム面は、前記単位フ
レネルレンズの前記対応する光源から遠い側の面に形成
されており、 前記単位フレネルレンズの光軸から距離xの位置におい
て、前記第1プリズム面が前記単位フレネルレンズの光
軸に対して形成する角度をθ1、前記第2プリズム面が
前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度を
θ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離をf、隣接す
る光源間の距離をs、周囲の媒質に対する前記単位フレ
ネルレンズの相対屈折率をnとするとき、θ1およびθ2
が、 θ1=tan-1([{n2f2+(n2-1)(s-x)2}1/2-{f2+(s-x)2}1/2]/(s-x)) (1) θ2=tan-1([{n2f2+(n2-1)x2}1/2-(f2+x2)1/2]/x) (2) の関係を満足する、請求項9に記載の照明装置。
10. The plurality of prism surfaces are formed on a surface of the unit Fresnel lens farther from the corresponding light source, and the first prism is located at a distance x from an optical axis of the unit Fresnel lens. The angle formed by the surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 1 , the angle formed by the second prism surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 2 , and the focal length of the unit Fresnel lens is f, the distance between adjacent light sources is s, and the relative refractive index of the unit Fresnel lens to the surrounding medium is n, and θ 1 and θ 2
Is θ 1 = tan -1 ([{n 2 f 2 + (n 2 -1) (sx) 2 } 1/ 2- {f 2 + (sx) 2 } 1/2 ] / (sx)) ( 1) θ 2 = tan -1 ([{n 2 f 2 + (n 2 -1) x 2 } 1 / 2- (f 2 + x 2 ) 1/2 ] / x) The lighting device according to claim 9, wherein:
【請求項11】 前記複数のプリズム面は、前記単位フ
レネルレンズの前記対応する光源に近い側の面に形成さ
れており、 前記単位フレネルレンズの光軸から距離xの位置におい
て、前記第1プリズム面が前記単位フレネルレンズの光
軸に対して形成する角度をθ1、前記第2プリズム面が
前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度を
θ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離をf、隣接す
る光源間の距離をs、周囲の媒質に対する前記単位フレ
ネルレンズの相対屈折率をnとするとき、θ1およびθ2
が、 θ1=tan-1([n{f2+(s-x)2}1/2-f]/(s-x)) (3) θ2=tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (4) の関係を満足する、請求項9に記載の照明装置。
11. The plurality of prism surfaces are formed on a surface of the unit Fresnel lens closer to the corresponding light source, and the first prism is located at a distance x from an optical axis of the unit Fresnel lens. The angle formed by the surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 1 , the angle formed by the second prism surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 2 , and the focal length of the unit Fresnel lens is f, the distance between adjacent light sources is s, and the relative refractive index of the unit Fresnel lens with respect to the surrounding medium is n, and θ 1 and θ 2
Is θ 1 = tan -1 ([n {f 2 + (sx) 2 } 1/2 -f] / (sx)) (3) θ 2 = tan -1 [{n (f 2 + x 2 ) The lighting device according to claim 9, which satisfies the relationship of 1 / 2- f} / x] (4).
【請求項12】 前記光線方向変換素子はフレネルレン
ズであって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複
数のプリズム面を有する単位フレネルレンズであり、 前記複数のプリズム面は、前記第1変換領域に、前記単
位フレネルレンズの光軸に対して傾斜した第1および第
2プリズム面を有し、 前記少なくとも1つの隣接する光源から前記第1変換領
域に入射した光線の少なくとも一部は、前記第2プリズ
ム面において屈折されたあと前記第1プリズム面によっ
て反射されることによって前記所定の方向に向けられ、 前記対応する光源から前記第1変換領域に入射した光線
の少なくとも一部は、前記第1プリズム面において屈折
させることによって前記所定の方向に向けられる、請求
項2に記載の照明装置。
12. The light beam direction conversion element is a Fresnel lens, each of the plurality of unit conversion elements is a unit Fresnel lens having a plurality of prism surfaces, and the plurality of prism surfaces is the first conversion surface. The region has first and second prism surfaces inclined with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens, and at least a part of light rays incident on the first conversion region from the at least one adjacent light source are After being refracted on the second prism surface and reflected by the first prism surface, the light is directed in the predetermined direction, and at least a part of the light beam incident on the first conversion region from the corresponding light source is the second light source. The lighting device according to claim 2, wherein the illumination device is directed in the predetermined direction by refracting the light on one prism surface.
【請求項13】 前記複数のプリズム面は、前記単位フ
レネルレンズの前記対応する光源に近い側の面に形成さ
れており、 前記単位フレネルレンズの光軸から距離xの位置におい
て、前記第1プリズム面が前記単位フレネルレンズの光
軸に対して形成する角度をθ1、前記第2プリズム面が
前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度を
θ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離をf、隣接す
る光源間の距離をs、周囲の媒質に対する前記単位フレ
ネルレンズの相対屈折率をnとするとき、θ1およびθ2
が、 θ1=(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (5) θ2=tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (6) の関係を満足する、請求項12に記載の照明装置。
13. The plurality of prism surfaces are formed on a surface of the unit Fresnel lens closer to the corresponding light source, and the first prism is located at a distance x from an optical axis of the unit Fresnel lens. The angle formed by the surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 1 , the angle formed by the second prism surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 2 , and the focal length of the unit Fresnel lens is f, the distance between adjacent light sources is s, and the relative refractive index of the unit Fresnel lens to the surrounding medium is n, and θ 1 and θ 2
Is θ 1 = (cos -1 [{f · cos θ 2- (sx) sin θ 2 } / n {f 2 + (sx) 2 } 1/2 ] -θ 2 ) / 2 (5) θ 2 = tan The lighting device according to claim 12, which satisfies the following relationship: -1 [{n (f 2 + x 2 ) 1/2 -f} / x] (6).
【請求項14】 前記光線方向変換素子はフレネルレン
ズであって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複
数のプリズム面を有する単位フレネルレンズであり、 前記複数のプリズム面は、前記第1変換領域に、前記単
位フレネルレンズの光軸に対して傾斜した第1および第
2プリズム面を有し、 前記少なくとも1つの隣接する光源から前記第1変換領
域に入射した光線の少なくとも一部は、前記第2プリズ
ム面において屈折されたあと前記第1プリズム面によっ
て反射されることによって前記所定の方向に向けられ、 前記対応する光源から前記第1変換領域に入射した光線
の少なくとも一部は、前記第1プリズム面において屈折
されたあと前記第2プリズム面で反射されることによっ
て前記所定の方向に向けられる、請求項2に記載の照明
装置。
14. The light beam direction conversion element is a Fresnel lens, each of the plurality of unit conversion elements is a unit Fresnel lens having a plurality of prism surfaces, and the plurality of prism surfaces is the first conversion surface. The region has first and second prism surfaces inclined with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens, and at least a part of light rays incident on the first conversion region from the at least one adjacent light source are After being refracted on the second prism surface and reflected by the first prism surface, the light is directed in the predetermined direction, and at least a part of the light beam incident on the first conversion region from the corresponding light source is the second light source. The illumination device according to claim 2, wherein the light is directed in the predetermined direction by being refracted on one prism surface and then reflected on the second prism surface. Lighting device.
【請求項15】 前記複数のプリズム面は、前記単位フ
レネルレンズの前記対応する光源に近い側の面に形成さ
れており、 前記単位フレネルレンズの光軸から距離xの位置におい
て、前記第1プリズム面が前記単位フレネルレンズの光
軸に対して形成する角度をθ1、前記第2プリズム面が
前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度を
θ2、前記単位フレネルレンズの焦点距離をf、隣接す
る光源間の距離をs、周囲の媒質に対する前記単位フレ
ネルレンズの相対屈折率をnとするとき、θ1およびθ2
が、 θ1=(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (7) θ2=(cos-1[{f・cosθ1-x・sinθ1}/n{f2+x2}1/2]-θ1)/2 (8) の関係を満足する、請求項14に記載の照明装置。
15. The plurality of prism surfaces are formed on a surface of the unit Fresnel lens closer to the corresponding light source, and the first prism is located at a distance x from an optical axis of the unit Fresnel lens. The angle formed by the surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 1 , the angle formed by the second prism surface with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is θ 2 , and the focal length of the unit Fresnel lens is f, the distance between adjacent light sources is s, and the relative refractive index of the unit Fresnel lens with respect to the surrounding medium is n, and θ 1 and θ 2
Is θ 1 = (cos -1 [{f · cos θ 2- (sx) sin θ 2 } / n {f 2 + (sx) 2 } 1/2 ] -θ 2 ) / 2 (7) θ 2 = ( The lighting according to claim 14, which satisfies the relationship of cos -1 [{f · cos θ 1 -x · sin θ 1 } / n {f 2 + x 2 } 1/2 ] -θ 1 ) / 2 (8). apparatus.
【請求項16】 前記光線方向変換素子はフレネルレン
ズであって、前記複数の単位変換素子のそれぞれは、複
数のプリズム面を有する単位フレネルレンズであり、 前記複数のプリズム面は、前記第1変換領域に、前記単
位フレネルレンズの光軸に対して傾斜した第1、第2、
第3および第4プリズム面を有し、 前記少なくとも1つの隣接する光源から前記第1変換領
域に入射した光線の一部は、前記第2プリズム面におい
て屈折されたあと前記第1プリズム面によって反射され
ることによって前記所定の方向に向けられ、他の一部
は、前記第4プリズム面において屈折されたあと前記第
3プリズム面によって反射されることによって前記所定
の方向に向けられ、 前記対応する光源から前記第1変換領域に入射した光線
の一部は、前記第1プリズム面において屈折させること
によって前記所定の方向に向けられ、他の一部は、前記
第3プリズム面において屈折されたあと前記第4プリズ
ム面で反射されることによって前記所定の方向に向けら
れ、 前記単位フレネルレンズの光軸から距離xの位置におい
て、前記第1プリズム面が前記単位フレネルレンズの光
軸に対して形成する角度をθ1、前記第2プリズム面が
前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度を
θ2、前記第3プリズム面が前記単位フレネルレンズの
光軸に対して形成する角度をθ3、前記第4プリズム面
が前記単位フレネルレンズの光軸に対して形成する角度
をθ4、前記単位フレネルレンズの焦点距離をf、隣接
する光源間の距離をs、周囲の媒質に対する前記単位フ
レネルレンズの相対屈折率をnとするとき、θ1、θ2
θ 3およびθ4が、 θ1=(cos-1[{f・cosθ2-(s-x)sinθ2}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ2)/2 (9) θ2=tan-1[{n(f2+x2)1/2-f}/x] (10) θ3=(cos-1[{f・cosθ4-(s-x)sinθ4}/n{f2+(s-x)2}1/2]-θ4)/2 (11) θ4=(cos-1[{f・cosθ3-x・sinθ3}/n{f2+x2}1/2]-θ3)/2 (12) の関係を満足する、請求項2に記載の照明装置。
16. The light beam direction changing element is Fresnellen.
Wherein each of the plurality of unit conversion elements is
A unit Fresnel lens having a number of prism surfaces, wherein the plurality of prism surfaces are arranged in the first conversion region.
First, second, inclined with respect to the optical axis of the
Third and fourth prism surfaces, wherein the at least one adjacent light source receives the first conversion area.
Some of the light rays incident on the area are incident on the second prism surface.
Reflected by the first prism surface after being refracted
Is directed in the predetermined direction by the other part
Is refracted on the fourth prism surface,
The predetermined light is reflected by the three prism surfaces.
And light rays incident on the first conversion area from the corresponding light source
Is partially refracted on the first prism surface.
Is oriented in the predetermined direction, and another part is
The fourth prism after being refracted on the third prism surface
Reflected in the predetermined direction by being reflected by the
At a distance x from the optical axis of the unit Fresnel lens.
And the first prism surface is the light of the unit Fresnel lens.
The angle formed with respect to the axis is θ1The second prism surface is
The angle formed with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens is
θTwo, The third prism surface is the unit Fresnel lens
The angle formed with the optical axis is θThree, The fourth prism surface
Is formed with respect to the optical axis of the unit Fresnel lens
To θFour, The focal length of the unit Fresnel lens is f
S is the distance between adjacent light sources, and the unit
When the relative refractive index of the Rennel lens is n, θ1, ΘTwo,
θ ThreeAnd θFourIs θ1= (Cos-1[{f ・ cosθTwo-(s-x) sinθTwo} / n {fTwo+ (s-x)Two}1/2] -θTwo) / 2 (9) θTwo= Tan-1[{n (fTwo+ xTwo)1/2-f} / x] (10) θThree= (Cos-1[{f ・ cosθFour-(s-x) sinθFour} / n {fTwo+ (s-x)Two}1/2] -θFour) / 2 (11) θFour= (Cos-1[{f ・ cosθThree-x ・ sinθThree} / n {fTwo+ xTwo}1/2] -θThreeThe lighting device according to claim 2, which satisfies the relationship of (2) / 2).
【請求項17】 前記第1および第2プリズム面は、前
記第3および第4プリズム面よりも、前記単位フレネル
レンズの光軸に近い領域に設けられている、請求項16
に記載の照明装置。
17. The device according to claim 16, wherein the first and second prism surfaces are provided in a region closer to an optical axis of the unit Fresnel lens than the third and fourth prism surfaces.
The lighting device according to claim 1.
【請求項18】 前記単位フレネルレンズは、前記対応
する光源から入射した光線だけを前記所定の方向に向け
る第2変換領域をさらに有し、 前記複数のプリズム面は、前記第2変換領域に、前記単
位フレネルレンズの光軸に対して略平行な面と傾斜した
面とを有し、前記対応する光源から前記第2変換領域に
入射した光線は、前記傾斜した面において屈折されるこ
とによって前記所定の方向に向けられる、請求項9から
17のいずれかに記載の照明装置
18. The unit Fresnel lens further includes a second conversion area that directs only light rays incident from the corresponding light source in the predetermined direction, wherein the plurality of prism surfaces are arranged in the second conversion area. The unit Fresnel lens has a surface that is substantially parallel to the optical axis and an inclined surface, and a light beam incident on the second conversion region from the corresponding light source is refracted on the inclined surface. The lighting device according to any one of claims 9 to 17, which is oriented in a predetermined direction.
【請求項19】 前記第2変換領域は、前記第1変換領
域よりも前記単位フレネルレンズの光軸に近い位置に設
けられている、請求項18に記載の照明装置。
19. The lighting device according to claim 18, wherein the second conversion area is provided at a position closer to an optical axis of the unit Fresnel lens than the first conversion area.
【請求項20】 請求項1から19のいずれかに記載の
照明装置と、 前記照明装置から出射される光を表示に用いる表示素子
と、 を備えた表示装置。
20. A display device, comprising: the lighting device according to claim 1; and a display element that uses light emitted from the lighting device for display.
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